向全球实验室普及!开源宏观显微镜问世:以不足25万元成本实现高端动态荧光成像
发布时间:2025-11-10 17:48:24 阅读数: 53


一支欧洲研究团队开发了一款多功能开源荧光成像仪器,旨在推动先进荧光与电致发光技术在跨学科领域的普及应用,涵盖从植物科学到材料研究的广泛领域。
这项发表于《光学快报》的新系统,在DREAM项目支持下研发成功,为定制实验室设备提供了经济实惠且可定制的替代方案。

该设备被称为动态照明荧光宏观显微镜,在单一平台上融合了灵活性、经济性和高精度特性。不同于常受固定光学架构限制的传统成像仪器,该宏观显微镜支持复杂的时间分辨照明与检测协议。
研究人员可编程实现任意光调制序列、同步多波长光源并记录高速响应,同时兼容各类样品——从盆栽植物到光伏器件皆可适配。
弥合光学创新与可及性之间的鸿沟
发光成像已成为现代科学的基石,能够揭示肉眼不可见的分子和生理过程。然而,实施先进的照明方案通常需要在光学、电子学和软件工程方面具备深厚专业知识。
该论文的共同第一作者、巴黎高等师范学院的伊恩·科希尔博士表示,他们的目标正是消除这一障碍,且他们构建的系统无需专业培训即可轻松复制。
该团队开放共享了完整资源包——计算机辅助设计(CAD)文件、详细组装指南、校准协议及基于Python的控制软件。整套系统主要采用现成组件和3D打印部件,组装成本低于25,000欧元。这使得小型实验室和跨学科团队能够开展以往仅限高端定制设备才能实现的实验。
照明路径的光学模拟
单一平台,多学科应用
该宏观显微镜的设计兼容多种光源,覆盖紫外至近红外波段(405–740 nm),支持每秒高达100帧的同步成像。可应用定制调制序列——正弦波、脉冲或用户自定义——以探测光活性系统的动力学特性。

电气装置示意图。
研究团队在广泛的应用领域展示了其技术实力:
植物生理学:运用动态荧光检测方案测量拟南芥的光合作用参数,并追踪其除草剂吸收过程。
蛋白质光物理学:通过RIOM(光调制整流成像)等技术,依据动力学特征“指纹”区分可逆光开关荧光蛋白。
光电子器件:绘制太阳能电池与LED的频率依赖性电致发光图谱,揭示载流子传输与复合动力学机制。
研究人员指出:“这些案例仅是技术潜力的冰山一角,通过将开放硬件与可编程照明相结合,未来有望在植物生物学、光子学及可再生能源等多元领域推动基础研究与实践创新?!?/span>
秉承DREAM项目开放科学理念,所有构建文件、分析脚本及实验数据均可通过Zenodo平台免费获取。研究团队诚邀科学界根据需求调整设计方案,为新型光学模式进行改造,或将其整合至自动化成像工作流程中。
研究人员强调:“这并非一次性原型,而是可供他人持续发展的平台——探索动态光物理学的开放式入口?!?/span>