I ricercatori dell’Università di Strathclyde a Glasgow hanno sviluppato un microscopio completamente stampato in 3D e a basso costo per l’imaging istologico. Basato sul design open-source di OpenFlexure, questo dispositivo integra componenti meccanici e ottici stampati in 3D, un Raspberry Pi per il controllo, una sorgente luminosa LED e una fotocamera economica facilmente reperibile. Il microscopio pesa appena 3 kg, può essere assemblato in tre ore e costa circa 50 sterline (60 dollari). Lo studio è stato pubblicato sulla rivista bioRvix.
Ottica accessibile grazie alla stampa 3D
La chiave del successo del progetto risiede nell’utilizzo di lenti stampate in 3D, realizzate con una stampante Elegoo Mars 3 Pro e una resina fotopolimerica trasparente di Formlabs. Progettate per replicare le specifiche delle lenti tradizionali, come le lenti plano-convesse da 12,7 mm di diametro con lunghezza focale di 35 mm di Edmund Optics, queste lenti offrono prestazioni elevate a costi drasticamente inferiori.
La resina utilizzata ha un indice di rifrazione simile al vetro BK7, comunemente impiegato nell’ottica commerciale. Attraverso un processo di post-produzione meticoloso, le lenti sono state perfezionate per soddisfare gli standard qualitativi richiesti in microscopia.
Prestazioni e applicazioni
Test sul microscopio hanno incluso l’analisi di campioni di sangue colorati con Giemsa e sezioni di rene di topo colorate con ematossilina ed eosina (H&E). Le immagini catturate hanno rivelato dettagli sub-cellulari intricati, come globuli rossi individuali e tubuli renali.
Con una magnificazione di 2,9x e una risoluzione spaziale di circa 5 micrometri, il microscopio si è dimostrato all’altezza di molti sistemi commerciali, mantenendo un campo visivo di 1,7 mm. Questa accessibilità lo rende ideale per laboratori a basso budget, aule scolastiche e diagnosi sul campo.
Sfide e miglioramenti futuri
Nonostante il successo, i ricercatori hanno evidenziato alcune limitazioni, tra cui un’illuminazione non uniforme causata da problemi di allineamento con la sorgente LED. Per migliorare la qualità dell’illuminazione, sono stati proposti design modificati, come l’aggiunta di diaframmi regolabili.
La personalizzazione delle lenti stampate in 3D permette anche la creazione di alternative con diversi ingrandimenti e aperture numeriche, adattando il dispositivo a specifiche applicazioni.
Un nuovo approccio alla strumentazione scientifica
Questo lavoro dimostra la fattibilità di fabbricare sia componenti meccanici che ottici tramite stampa 3D, aprendo la strada a una nuova generazione di strumentazione scientifica. La combinazione di costi contenuti e qualità elevata potrebbe democratizzare l’accesso alla microscopia, soprattutto in contesti con risorse limitate.
Microscopi stampati in 3D: altri sviluppi significativi
Microscopio OpenFlexure da 18 dollari
I ricercatori dell’Università di Bath hanno sviluppato un microscopio OpenFlexure, un dispositivo open-source di grado laboratoriale prodotto con soli 18 dollari. Dotato di posizionamento motorizzato del campione, controllo della messa a fuoco e un palco meccanico preciso, è stato progettato per rendere la microscopia accessibile a scuole, laboratori e cliniche. Oltre 100 unità sono state prodotte in Tanzania e Kenya, dimostrando l’impatto positivo dei design open-source.
Microscopio digitale olografico (DHM)
Nel 2019, l’Università del Connecticut e l’Università di Memphis hanno sviluppato un microscopio DHM stampato in 3D, in grado di produrre immagini 3D ad alta risoluzione a basso costo. Con una risoluzione di 0,775 µm, il dispositivo è stato progettato per l’uso sul campo, specialmente in aree remote.
Conclusioni
I microscopi stampati in 3D stanno rivoluzionando la scienza e l’educazione, rendendo strumenti avanzati accessibili a una vasta gamma di utenti. Dalla ricerca biomedica alle aule scolastiche, queste innovazioni continuano a spingere i confini della tecnologia, garantendo una maggiore inclusività e democratizzazione delle risorse scientifiche.
