开源宏观显微镜：带你领略动态发光成像的奇妙世界

一组欧洲研究人员开发了一种多功能的开源发光成像仪，旨在让植物科学、材料研究等各个学科的先进荧光和电致发光技术更容易被大家使用。

这一新系统提供了一种经济实惠且可定制的替代方案，取代了传统的定制实验室设备，并得到了DREAM项目的支持。

该设备被称为具有动态照明的发光宏观显微镜，结合了灵活性、经济性和精确性于一体。与传统成像仪器不同，后者通常受到固定光学架构的限制，宏观显微镜支持复杂的时间分辨照明和检测方式。

研究人员可以编程任意光调制序列，同步多个波长，并记录高速响应，同时保持与各种样本类型的兼容性，比如盆栽植物和光伏设备。

缩小光学创新和可及性之间的差距

发光成像已成为现代科学的基石，能够揭示肉眼无法看到的分子和生理过程。然而，实施先进的照明方案通常需要在光学、电子和软件工程方面有深厚的专业知识。

“我们的目标是消除这一障碍，”巴黎高等师范学校的共同第一作者伊恩·科吉尔博士说。“我们搭建了一个其他人可以轻松复制的系统，不需要专业培训。”

该团队提供开放获取的完整资源套件——计算机辅助设计（CAD）文件、详细的构建说明、校准协议和基于Python的控制软件。整个系统的组装费用不到25,000欧元，主要使用现成组件和3D打印部件。这让小型实验室和跨学科团队能够进行曾经只限于高端定制设备的实验。

一个平台，多种学科

宏观镜的设计支持多种照明源，涵盖从紫外线到近红外波段（405–740 nm），并且每秒同步成像可达100帧。它可以应用定制的调制序列——正弦波、脉冲或用户定义——来探测光活性系统的动力学。

研究团队展示了其在多种应用中的能力：

• 植物生理学：使用动态荧光协议测量拟南芥的光合参数和追踪除草剂的吸收情况。
• 蛋白质光物理学：通过其动力学特征“指纹”来区分可逆光开关荧光蛋白，使用如RIOM（光调制下的整流成像）等方法。
• 光电设备：绘制太阳能电池和LED的频率相关电致发光，揭示电荷传输和复合动力学。

“这些例子只是可能性的一个缩影，”DREAM项目的首席作者兼协调员Ludovic Jullien博士指出。

“通过将开放硬件与可编程照明相结合，我们希望推动基础研究和实际创新，在植物生物学、光子学和可再生能源等多样化领域。”

遵循DREAM项目的开放科学精神，所有 构建文件、分析脚本和实验数据均可通过Zenodo免费获取。研究人员邀请科学界根据自己的需求调整设计，修改以适应新的光学方式，或将其整合进自动化成像工作流程。

“这不是一次性的原型，”Coghill表示。“这是一个其他人可以在上面构建的平台——一个可以轻松探索动态光物理的入口。”

更多信息： Ian Coghill 等，具有动态照明的多功能发光宏观显微镜用于光活性系统的，光学快报期刊（2025）。 DOI: 10.1364/oe.570450