世界上首个 3D 打印显微镜的制造成本仅为 60 美元

它足够强大,可以观察到单个血细胞。
3D printed microscope
整个显微镜可在三小时内打印并组装完成。 来源:Liam Rooney

研究人员设计并制造了世界上第一台完全由3D打印部件制成的显微镜。而且由于开源计划已在线提供,几乎任何人都可以仅花费60美元组装自己的显微镜。

几年前,英国巴斯大学和剑桥大学的研究人员启动了OpenFlexure项目,提供3D打印显微镜的开源蓝图。该项目核心开发团队现已设在英国格拉斯哥大学,OpenFlexure显微镜已在全球50多个国家以及南极洲的实验室中组装。虽然比标准设备便宜得多,但有一个缺点:显微镜的特制玻璃镜片通常要花费数百美元,许多人负担不起。然而,最近,斯特拉斯克莱德大学的一个团队开发了一种变通方法,他们表示该方法既降低了OpenFlexure设计的总成本,又使其成为第一台完全3D打印的显微镜。

3D printed microscope
整个项目计划是开源且免费提供的。 来源:Liam Rooney

“光学显微镜一直是科学发现的基石,推动了从生物学和医疗保健到材料科学、石油化学和地质学等各个领域的进步,”该团队在《Biology》期刊的一篇预印本研究中写道。“然而……[OpenFlexure显微镜]对商业光学元件的依赖限制了全3D打印显微镜可以实现的普及性和适应性。”

为了解决这个问题,研究人员借鉴了近期光学质量3D打印镜片方面的进展。然后,他们对Mars 3 Pro 3D打印机进行编程,使用光敏聚合物透明树脂,以与Edmund Optics 12.7毫米直径的平凸透镜(焦距35毫米)相同的参数构建镜片。显微镜在打印和组装后即可完全正常工作,但设计者更进一步,安装了一个商店购买的摄像头和由Raspberry Pi计算机处理器控制的光源。即使加上这些附加组件,整个显微镜的成本也约为60美元,不到三个小时即可建造完成。

a) An image acquired of a Giemsa-stained blood smear. Two ROIs are shown, where individual red blood cells can be resolved over the 1.7 mm field of view. (b) An image of a H&E-stained mouse kidney. The thin section shows structures such as an interlobular arteriole (white arrow) and renal tubules, with a magnified ROI showing the organisation of nephrons in a medullary ray spanning the corticomedullary junction.
a) 一张吉姆萨染色的血涂片图像。(b) 一张H&E染色的鼠标肾脏图像。薄切片显示了小叶间动脉(白箭头)和肾小管等结构,一个放大的ROI显示了跨越皮髓质连接的髓射线中肾单位的组织。 来源:Biology

使用新设备检查的第一个样本包括血涂片和从鼠标肾脏采集的薄切片。这款6.6磅的显微镜提供的成像视野为1.7毫米,单个细胞的空间分辨率约为5微米。研究中提供的图像清晰地显示了单个血细胞、肾小管和其他亚细胞解剖细节。

“……可以考虑商业替代品,一台科研或临床级显微镜的价格可能高达[18,200美元],而在低资源环境中的现场诊断,则会遇到仪器维修和更换光学或光机部件可用性的问题,”研究人员在研究中解释道。

据设计者称,未来的迭代不仅限于这一特定镜片——还可以实现其他放大倍率和孔径,并有望在不同版本的3D打印显微镜中进行探索。

 

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