Diseño de microscopio de fluorescencia y campo brillante de bajo coste
En esta guía, revisaré los principios básicos de la microscopía de fluorescencia y cómo construir tres microscopios de fluorescencia diferentes de bajo costo. Estos sistemas suelen costar miles de dólares, pero esfuerzos recientes han hecho que sean más fáciles de obtener. El diseño que presento aquí utiliza teléfonos inteligentes, dSLR y microscopios USB. Todos estos diseños también pueden utilizarse como microscopios de campo abierto.
Paso 1: descripción general de la microscopía de fluorescencia
Para comprender los conceptos básicos de la microscopía de fluorescencia, imagine los densos bosques, árboles, animales, arbustos y otros bosques que viven en el bosque por la noche. Si iluminas el bosque con una linterna, verás todas estas estructuras y es difícil imaginar animales o plantas específicas. Suponiendo que solo le interese ver los arbustos de arándanos en el bosque. Para lograr esto, debes entrenar a las luciérnagas para que solo se sientan atraídas por los arbustos de arándanos, de modo que cuando mires el bosque, solo se iluminen los arbustos de arándanos. Puedes decir que marcaste los arbustos de arándanos con luciérnagas, para que puedas ver las estructuras de los arándanos en el bosque.
En esta analogía, el bosque representa la muestra completa, el arbusto de arándano representa la estructura que desea visualizar (como células específicas u orgánulos subcelulares) y las luciérnagas son compuestos fluorescentes. La situación de disparar con una linterna sola y sin luciérnagas es similar a la de un microscopio de campo brillante.
El siguiente paso es comprender las funciones básicas de los compuestos fluorescentes (también conocidos como fluoróforos). Los grupos fluorescentes son en realidad objetos pequeños (a nanoescala) diseñados para conectar estructuras específicas en la muestra. Absorben luz de una gama estrecha de longitudes de onda y reemiten luz de otra longitud de onda. Por ejemplo, un grupo fluorescente puede absorber luz azul (es decir, el grupo fluorescente se excita con la luz azul) y luego emitir luz verde nuevamente. Por lo general, esto se resume a través de espectros de excitación y emisión (como se muestra en la figura anterior). Estos gráficos muestran las longitudes de onda de la luz absorbida por el fluoróforo y las longitudes de onda de la luz emitida por el fluoróforo.
El diseño del microscopio es muy similar al de un microscopio de campo abierto normal, con dos diferencias principales. En primer lugar, la luz que ilumina la muestra debe tener la longitud de onda del grupo fluorescente excitado (en el ejemplo anterior, la luz es azul). En segundo lugar, el microscopio sólo necesita recoger la luz emitida (luz verde) mientras bloquea la luz azul. Esto se debe a que la luz azul está en todas partes, pero la luz verde solo proviene de estructuras específicas de la muestra. Para bloquear la luz azul, los microscopios suelen tener algo llamado filtro de paso largo que permite que la luz verde pase sin luz azul. Cada filtro de paso largo tiene una longitud de onda de corte. Si la longitud de onda de la luz es mayor que la longitud de onda de corte, puede pasar a través de un filtro. Por eso, el nombre es "Pase de Larga Distancia". Se bloquean las longitudes de onda más cortas.
Paso 2: modelar un microscopio usando óptica óptica
Este es un paso adicional en el diseño del principio básico de un microscopio. No es necesario construir un microscopio de fluorescencia, por lo que si no desea profundizar en la óptica, puede omitirlo.
Tanto los microscopios de campo brillante como los de fluorescencia se pueden modelar utilizando dispositivos ópticos de rayos. La premisa básica de la óptica de rayos es que el comportamiento de la luz es similar al de la luz que se propaga alejándose de una fuente de luz. Cuando mires alrededor de la habitación, verás la luz del sol fuera de la ventana o la luz que trae la bombilla. Luego, la luz es absorbida o reflejada por los objetos de la habitación. Un poco de luz reflejada hará que se enfrente a tus ojos. Si un objeto está iluminado, puedes imaginar que cada punto del objeto emite luz en todas direcciones (como se muestra en la imagen de arriba). La lente, como la lente de nuestros ojos, enfoca la luz en un punto para que podamos ver el objeto. Sin lente, la luz continúa propagándose hacia afuera y no forma una imagen.
