
W pełni wydrukowany mikroskop za pomocą technologii 3D
Stworzony, pierwszy na świecie w pełni wydrukowany mikroskop za pomocą technologii 3D, który powstał w mniej niż trzy godziny.
Mikroskopy od lat stanowią kluczowe narzędzie w naukach przyrodniczych, medycynie i technologii, ale ich wysoka cena sprawia, że dostęp do nich nadal jest ograniczony. Naukowcy z Uniwersytetu Strathclyde dzięki swoim osiągnięciom mogą zwiększyć dostępność tego typu urządzeń. Po raz pierwszy w historii udało się stworzyć w pełni funkcjonalny mikroskop metodą druku 3D w mniej niż trzy godziny i za kwotę nieprzekraczającą 50 funtów. To ułamek kosztów tradycyjnych mikroskopów, których cena często wynosi od 10 000 do 15 000 funtów.
Wykorzystując ogólnodostępny projekt OpenFlexure, naukowcy zbudowali obudowę mikroskopu przy użyciu tanich drukarek 3D, a następnie dodali zaprojektowane przez siebie plastikowe soczewki. Dopełnieniem konstrukcji był ogólnodostępny aparat fotograficzny oraz źródło światła, a całość została zintegrowana z mikrokomputerem Raspberry Pi. Dzięki temu powstało urządzenie o subkomórkowej rozdzielczości, zdolne do wyraźnego obrazowania czerwonych krwinek oraz szczegółowych struktur w preparatach biologicznych, takich jak przekroje nerek myszy.
Dr Liam Rooney, jeden z twórców projektu, podkreśla, że innowacja przyczynia się do „demokratyzacji dostępu” do mikroskopii, umożliwiając szybkie prototypowanie oraz projektowanie niestandardowych urządzeń optycznych po znacznie niższych kosztach. Możliwość błyskawicznego wydrukowania mikroskopu może mieć ogromne znaczenie dla naukowców i lekarzy pracujących w krajach o niskich dochodach, a także dla edukacji, czyniąc zaawansowane badania biologiczne bardziej dostępnymi dla uczniów i studentów na całym świecie.
Najważniejszym elementem mikroskopu są jego plastikowe soczewki, które naukowcy doskonalili przez trzy lata we współpracy z ekspertami z różnych krajów. Wcześniejsze próby tworzenia soczewek drukowanych w 3D często kończyły się niepowodzeniem z powodu tzw. „artefaktów schodkowych”, powstających przy warstwowym nakładaniu plastiku. Jednak dzięki precyzyjnemu projektowaniu udało się stworzyć soczewki o jednolitej powierzchni i wysokiej zdolności rozdzielczej, które kosztują zaledwie 11 pensów za sztukę.
Już wcześniej konstrukcja OpenFlexure była wykorzystywana do diagnostyki obrazowej w krajach rozwijających się, ale to właśnie dodanie precyzyjnych, drukowanych w 3D soczewek uczyniło cały projekt jeszcze bardziej dostępnym. To zmiana nie tylko pod względem ekonomicznym, ale także technologicznym – tradycyjne szkło używane w mikroskopii jest drogie i trudne do obróbki, podczas gdy nowoczesne polimery pozwalają na szybkie tworzenie optyki o wysokiej precyzji.
Jednym z najbardziej ekscytujących projektów było stworzenie przez badaczy z Uniwersytetu w Minnesocie pierwszych w pełni funkcjonalnych implantów uszu wydrukowanych z żywych komórek pacjenta. Z kolei naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali drukowane w 3D tkanki serca, które mogą być wykorzystywane do testowania nowych leków.
Również w dziedzinie diagnostyki laboratoryjnej druk 3D znajduje coraz szersze zastosowanie. W 2020 roku naukowcy z Uniwersytetu w Bath stworzyli tanie, drukowane w 3D spektrometry, które mogą być używane do analizy chemicznej próbek biologicznych. Ich koszt to zaledwie ułamek ceny tradycyjnych urządzeń, co czyni je atrakcyjnym rozwiązaniem dla laboratoriów w krajach rozwijających się.
Wprowadzenie w pełni drukowanych w 3D mikroskopów może mieć ogromne znaczenie dla wielu dziedzin. W krajach o ograniczonych zasobach medycznych urządzenia tego typu mogą pomóc w diagnostyce chorób zakaźnych, takich jak malaria czy gruźlica. Możliwość lokalnego drukowania sprzętu pozwoliłaby na szybkie reagowanie na potrzeby medyczne bez konieczności sprowadzania drogiego sprzętu z zagranicy.
Opracowanie w pełni drukowanego w 3D mikroskopu za mniej niż 50 funtów to milowy krok w kierunku demokratyzacji dostępu do technologii optycznej. Naukowcy z Uniwersytetu Strathclyde pokazali, że zaawansowane narzędzia badawcze mogą być tanie, szybkie w produkcji i łatwo dostępne dla każdego. Ich innowacja może nie tylko przyspieszyć rozwój nauki, ale także poprawić jakość edukacji i diagnostyki medycznej w wielu częściach świata.
Wraz z dalszym postępem technologicznym można spodziewać się jeszcze bardziej zaawansowanych projektów, które pozwolą na jeszcze lepszą jakość obrazu, większą precyzję i szersze zastosowania. Być może w niedalekiej przyszłości drukowanie w pełni funkcjonalnych mikroskopów stanie się standardem w każdym laboratorium, a ich dostępność pozwoli na przełomowe odkrycia w nauce i medycynie.
Szymon Ślubowski