Een baanbrekend open source-instrument ontwikkeld door Europese onderzoekers belooft een revolutie teweeg te brengen in fluorescentie- en elektroluminescentiebeeldvorming, waardoor de toegang tot geavanceerde technieken in verschillende wetenschappelijke disciplines wordt gedemocratiseerd. Deze nieuwe luminescentiemacroscoop, beschreven in het tijdschrift Optics Express, biedt een flexibel, betaalbaar alternatief voor dure, op maat gemaakte laboratoriumopstellingen die vaak nodig zijn voor geavanceerde lichtmicroscopie.
Het innovatieve apparaat, ondersteund door het DREAM-project, combineert betaalbaarheid naadloos met precisie en veelzijdigheid. In tegenstelling tot conventionele beeldvormingsinstrumenten die beperkt zijn door rigide optische ontwerpen, stelt deze “macroscoop” onderzoekers in staat ingewikkelde verlichtingsreeksen te programmeren en meerdere golflengten nauwkeurig te regelen, waardoor snelle beeldvorming en tijdsopgeloste analyse mogelijk wordt. Belangrijk is dat het een breed scala aan monstertypen herbergt, van delicate plantenweefsels tot complexe opto-elektronische apparaten.
Barrières in luminescentiebeeldvorming wegnemen
Luminescentiebeeldvorming is onmisbaar geworden in de moderne wetenschap en onthult de verborgen werking van moleculen en levende organismen die onzichtbaar zijn voor het blote oog. Het implementeren van geavanceerde verlichtingsprotocollen vereist echter vaak gespecialiseerde kennis op het gebied van optica, elektronica en softwareontwikkeling – een barrière voor veel onderzoekers.
“Ons doel was om die hindernis weg te nemen”, legt Dr. Ian Coghill van de École Normale Supérieure, Parijs, mede-hoofdauteur van het onderzoek uit. “We hebben een systeem gecreëerd dat iedereen gemakkelijk kan repliceren zonder dat daarvoor deskundige training nodig is.”
Het onderzoeksteam heeft een revolutionaire stap gezet door volledig open toegang te bieden tot alle essentiële bronnen: uitgebreide CAD-bestanden, gedetailleerde montage-instructies, kalibratieprotocollen en gebruiksvriendelijke op Python gebaseerde besturingssoftware. Door gebruik te maken van direct verkrijgbare componenten, waarvan een groot deel 3D-geprint, kan het hele systeem worden gebouwd voor minder dan € 25.000, een fractie van de kosten van vergelijkbare commerciële opstellingen. Dit verlaagt de financiële toegangsdrempel aanzienlijk, waardoor kleinere laboratoria en interdisciplinaire teams onderzoek kunnen doen dat voorheen alleen toegankelijk was voor grote instellingen met uitgebreide middelen.
Een veelzijdig hulpmiddel voor diverse vakgebieden
Het modulaire ontwerp van de macroscoop biedt plaats aan een breed scala aan verlichtingsbronnen, variërend van ultraviolet tot nabij-infrarode golflengten (405–740 nm) en maakt gesynchroniseerde beeldvorming mogelijk met snelheden tot 100 frames per seconde. Onderzoekers kunnen de lichtmodulatiesequenties aanpassen – met behulp van sinusoïdale, gepulseerde patronen of aangepaste ontwerpen – om het dynamische gedrag van fotoactieve systemen nauwkeurig te onderzoeken.
De onderzoekers hebben de brede toepasbaarheid ervan op verschillende terreinen al aangetoond:
-
Plantenfysiologie: Het volgen van de opname van herbiciden in thalianaplanten en het meten van de fotosyntheseactiviteit met behulp van dynamische fluorescentietechnieken.
-
Eiwitfotofysica: Het onderscheiden van verschillende soorten omkeerbaar fotoschakelbare fluorescerende eiwitten op basis van hun unieke “kinetische vingerafdrukken” door middel van geavanceerde beeldvormingsmethoden zoals RIOM (Rectified Imaging under Optical Modulation).
-
Opto-elektronische apparaten: Het in kaart brengen van de frequentie-afhankelijke elektroluminescentie in zonnecellen en LED’s, en werpt licht op ladingstransport en recombinatieprocessen binnen deze apparaten.
“Deze voorbeelden schetsen slechts de oppervlakte van wat mogelijk is”, merkt Dr. Ludovic Jullien op, senior auteur en coördinator van het DREAM-project. “Door open hardware te combineren met programmeerbare verlichting willen we zowel fundamenteel onderzoek als praktische innovatie mogelijk maken op gebieden variërend van plantenbiologie en fotonica tot hernieuwbare energie.”
Trouw aan zijn open-science-ethos heeft het DREAM-project alle build-bestanden, analysescripts en experimentele gegevens vrij toegankelijk gemaakt op Zenodo. De onderzoekers moedigen de wetenschappelijke gemeenschap aan om dit platform aan te passen, aan te passen en uit te breiden.
“Dit is meer dan alleen een prototype”, benadrukt Dr. Coghill. “Het is een open basis: een springplank voor iedereen om de fascinerende wereld van de dynamische fotofysica te verkennen.”
