สุดล้ำ การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ขนาดเท่าหัวแม่มือ

กล้องจุลทรรศน์ในปัจจุบันไม่ได้เป็นอุปกรณ์ราคาแพงหรือหาได้ยากนัก สามารถพบตามห้องปฏิบัติการและชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ทั่วไป ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญที่เปิดโลกแห่งวิทยาการสมัยใหม่ ช่วยให้เราเข้าใจสิ่งที่เรียกว่าเซลล์ และเป็นรากฐานวิชาชีววิทยาในปัจจุบัน

 

          ล่าสุดอุปกรณ์นี้กำลังได้รับการพัฒนาไปอีกขั้นเมื่อมีการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์อันจิ๋วขนาดเท่าหัวแม่มือ

Mini2P กล้องจุลทรรศน์จิ๋วแต่แจ๋วที่ทรงประสิทธิภาพ

 

          ผลงานนี้เป็นของสถาบันประสาทวิทยา Kavli Institute for Systems Neuroscience กับ Moser Group ได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์ขนาดจิ๋ว ถูกเรียกว่า Mini2P โดยมีขนาดใกล้เคียงกับหัวแม่โป้ง และมีน้ำหนักเพียง 2.4 กรัม ถือเป็นกล้องจุลทรรศน์ที่เล็กที่สุดในปัจจุบัน

 

          กล้องจุลทรรศน์รุ่นนี้เป็น กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอน ซึ่งมีคุณสมบัติในการตรวจสอบและมองเห็นความยาวคลื่นได้มากกว่าแบบดั้งเดิม ช่วยให้เจาะลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อได้มากกว่า แต่แม้จะมีประสิทธิภาพสูงแต่ก็ติดข้อจำกัดหลายด้าน กระทั่งการพัฒนาล่าสุดที่สามารถย่อขนาดตัวกล้องให้เบาและกะทัดรัด เพื่อให้สามารถสอดส่องเซลล์ของสัตว์ได้แบบเรียลไทม์

 

          แน่นอนที่ผ่านมาใช่จะไม่มีความพยายามในการพัฒนาย่อขนาดกล้องจุลทรรศน์มาก่อน เคยมีการคิดค้นกล้องจุลทรรศน์ขนาดจิ๋วน้ำหนักราว 4.2 กรัมมาแล้วเช่นกัน แต่ด้วยขนาดค่อนข้างเทอะทะรวมถึงน้ำหนักมากเกิน ส่งผลให้การเก็บข้อมูลในหนูทดลองไม่ราบรื่น ด้วยตัวกล้องขัดขวางการใช้ชีวิตและเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ

 

          แต่ตัวกล้องรุ่นใหม่ Mini2P ไม่เป็นแบบนั้นจากปรับปรุงหลายด้าน ทั้งวัสดุการใช้วัสดุพลาสติก สายเคเบิลออปติคัลบางและยืดหยุ่น รวมถึงเลนส์ขนาดจิ๋ว ทำให้กล้องจุลทรรศน์ตัวนี้เบาถึงขีดสุด แต่ยังคงประสิทธิภาพในการเก็บภาพพื้นผิวและชั้นเซลล์ผ่านอวัยวะด้วยอนุภาคแสง จนสามารถบันทึกภาพเนื้อเยื่อสมองและระบบประสาทเป็นโครงสร้าง 3 มิติได้

 

          เลนส์ของกล้องจุลทรรศน์นี้ใช้การควบคุมจากไฟฟ้าสถิตที่บรรจุอยูน้อยนิดในเครื่องมือ ช่วยให้ปรับความคมชัดและขยายภาพที่ตรวจจับได้ นอกจากนี้ตัวกล้องยังสามารถจับภาพเซลล์สมองได้ต่อเนื่องยาวนานกว่าหนึ่งเดือน รวมถึงทำให้หนูสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระโดยไม่ถูกรบกวน ถือเป็นอีกขั้นในการเก็บข้อมูลของหนูทดลองภายใต้โครงการต่างๆ

ประโยชน์ของ Mini2P กล้องจุลทรรศน์หัวแม่มือ

 

          หลายท่านอาจสงสัยว่าเหตุใดจึงต้องสร้างกล้องจุลทรรศน์ขนาดจิ๋วขึ้นมา ส่วนนี้เกิดขึ้นจากตวามพยายามในการเก็บข้อมูลให้กว้างขวางยิ่งขึ้น ไม่ถูกจำกัดอยู่กับการเก็บตัวอย่างจากช่วงเวลาใดช่วงเวลาหนึ่ง หลายครั้งเราต้องการข้อมูลต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ของเซลล์ เพื่อตรวจสอบการตอบสนองในสถานการณ์และช่วงเวลาต่างๆ

 

          กล้องชนิดนี้จะถูกนำไปติดตั้งบนศีรษะของหนูทดลองโดยการนำไปเย็บติดตรงส่วนศีรษะ นั่นคือสาเหตุในการออกแบบให้มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา โดยตัวกล้องสามารถจตรวจสอบเซลล์สมองของหนูตัวดังกล่าวได้ทั่วเยื้อหุ้มสมอง ในขณะที่หนูตัวนั้นเคลื่อนไหวและใช้ชีวิตตามปกติ

 

          การเก็บข้อมูลของ Mini2P ช่วยให้นักวิจัยตรวจสอบข้อมูลของเซลล์สมองหนูได้ต่อเนื่องถึง 1 เดือน ช่วยในการสำรวจเซลล์สมองและพื้นที่การทำงานโดยรวมได้ครอบคลุม ซึ่งข้อมูลนี้จะช่วยให้เราสามารถเรียนรู้โรคทางระบบประสาทของคนเราได้มากขึ้น ไม่ว่าจะเป็น ปลอกปลายประสาทอักเสบ พาร์กินสัน จนถึงอัลไซเมอร์

 

          อีกหนึ่งข้อดีของกล้องจุลทรรศน์จิ๋วนี้คือ เมื่อสามารถเก็บรวบรวมข้อมูลได้ครบถ้วน รอบด้าน และแม่นยำ จำนวนหนูทดลองที่เข้าร่วมในโครงการจะดลงไปมาก ส่งผลทั้งในด้านต้นทุนการวิจัยและลดการทารุณกรรมสัตว์ลงในตัว เพราะข้อมูลที่ได้จากหนูทดลองจำนวนน้อยก็สามารถพิสูจน์ข้อสันนิฐานได้เพียงพอ

 

          ตัวนักวิจัยผู้พัฒนา Mini2P กล่าวว่า กล้องจุลทรรศน์จิ๋วนี้จะเป็นหนึ่งในตัวแปรสำคัญช่วยเพิ่มศักยภาพการวิจัยแก่นักประสาทวิทยาทั่วโลก เพราะพิมพ์เขียวและขั้นตอนการสร้างโดยละเอียดได้รับการเปิดเผยข้อมูลให้ทุกคนเข้าถึงได้ โดยได้รับการเผยแพร่อย่างละเอียดบนเว็บไซต์เพื่อให้นักวิจัยสามารถนำไปใช้งานโดยสะดวก

 

          อีกทั้งทางสถาบันวิจัย Kavli Institute for Systems Neuroscience จะจัดให้นักวิจัยมีส่วนร่วมในการสร้างกล้องจุลทรรศน์ตัวนี้ขึ้นมาอีกด้วย ซึ่งจะช่วยขยายความสำเร็จของกล้องจุลทรรศน์ตัวนี้ให้กว้างขวาง และอาจได้รับความนิยมแพร่หลายในอนาคต

 

 

 

          สำหรับคนทั่วไปเช่นเราอาจไม่เห็นคุณค่าของกล้องจุลทรรศน์จิ๋วนี้มากนัก แต่คาดว่ากล้อง Mini2P อาจเป็นหนึ่งในตัวแปรสำคัญช่วยพัฒนาการวิจัยทางระบบประสาท ช่วยไขคำตอบของโรคทางสมองมากมาย ให้เราสามารถเข้าถึงทางรักษาได้อีกมากในอนาคต จึงถือได้ว่านี่เป็นอีกหนึ่งการค้นพบสำคัญที่จะสร้างแรงกระเพื่อมต่อวงการเลยทีเดียว

 

         

 

 

 

          ที่มา

 

          https://interestingengineering.com/health/thumb-sized-microscope-neural-landscapes-brain

 

          https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867422001970