Σχεδιασμός διάταξης για την αυτοματοποίηση μικροσκοπίου φθορισμού - Theodoropoulos, Antonios (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Εμβιομηχανικής και Συστημικής Βιολογίας, 2015)
Η μικροσκοπία φθορισμού είναι ένα σημαντικό εργαλείο στη σύγχρονη βιολογία και ιατρική. Ο φθορισμός είναι ένα οπτικό φαινόμενο, κατά το οποίο συγκεκριμένα φθορίζοντα μόρια, αφού διεγερθούν από φως συγκεκριμένου μήκους κύματος, εκπέμπουν φως διαφορετικού μήκους κύματος. Στην μικροσκοπία φθορισμού το σήμα από φθορίζοντα μόρια (είτε ενδογενή είτε εξωγενή όπως βαφές, αντισώματα, φθορίζουσες πρωτεΐνες) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη μακρομορίων, κυτταρικών δομών και κυτταρικών λειτουργιών σε μονιμοποιημένα ή ζωντανά κύτταρα, σε μονιμοποιημένα κομμάτια ιστών, ακόμα και σε ζωντανά ζώα. Η συστημική βιολογία είναι η επιστήμη που προσεγγίζει τις κυτταρικές λειτουργίες σαν σύστημα. Γίνεται εκτέλεση πολλών πειραμάτων προκειμένου να μετρηθεί η απόκριση του κυτταρικού συστήματος σε ευρύ φάσμα διεγέρσεων. Μέχρι στιγμής, τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο Εμβιομηχανικής και Συστημικής Βιολογίας του ΕΜΠ είναι κυρίως πρωτεομικά, τα οποία περιγράφουν την έκφραση και κατάσταση συγκεκριμένων πρωτεϊνών σε μια ομάδα κυττάρων. Από την άλλη, η μικροσκοπία φθορισμού παρέχει την δυνατότητα μέτρησης της έκφρασης πρωτεϊνών και δομών με υψηλή χωρική και χρονική δειγματοληψία, ακόμα και να ποσοτικοποιήσει την έκφραση σε κάθε κύτταρο ξεχωριστά (κυτταρομετρία). Τα δεδομένα αυτά έχουν την δυνατότητα να συμπληρώσουν τα πρωτεομικά δεδομένα σε μελέτες συστημικής βιολογίας. Ένας μελλοντικός συνδυασμός πρωτεομικής με μικροσκοπία θα παρέχει την δυνατότητα μελέτης πολλών δειγμάτων, πολλών πρωτεϊνών, μεγάλης ευαισθησίας, χωρικής δειγματοληψίας, και χρονικής δειγματοληψίας μέσω πειραμάτων σε ζωντανά κύτταρα. Το κύριο εμπόδιο για την εφαρμογή μικροσκοπίας στην συστημική βιολογία είναι ο μεγάλος αναγκαίος αριθμό πειραμάτων. Αυτό κάνει δύσκολη και κουραστική την διεξαγωγή τους από έναν χρήστη σε ένα μη-αυτοματοποιημένο μικροσκόπιο, αυξάνοντας πιθανότητες σφαλμάτων. Είναι επιτακτική η ανάγκη χρήσης αυτοματοποιημένων μικροσκοπίων φθορισμού, τα οποία μπορούν να απεικονίσουν εκατοντάδες δείγματα με ελάχιστη ανθρώπινη παρουσία. Τα εμπορικά διαθέσιμα αυτόματα μικροσκόπια φθορισμού έχουν μεγάλες δυνατότητες, όμως είναι απαγορευτικά ακριβά. Από την άλλη, το εργαστήριο Εμβιομηχανικής έχει ένα απλό μικροσκόπιο φθορισμού, το οποίο όμως δεν παρέχει λειτουργίες αυτοματοποίησης. Η παρούσα διπλωματική μελετά τον σχεδιασμό διατάξεων για την αυτοματοποίηση του μικροσκοπίου φθορισμού του εργαστηρίου Εμβιομηχανικής και Συστημικής Βιολογίας του ΕΜΠ. Σχεδιάζονται διατάξεις για την αυτοματοποίηση τριών βασικών λειτουργειών: του διαγράγματος της λάμπας υδραργύρου, του φορέα των οπτικών φίλτρων και της αντικειμενοφόρου βάσης. Παρέχεται χαρακτηρισμός της ακρίβειας κίνησης της βάσης, και παρουσιάζεται μια απλή εφαρμογή απεικόνισης ζωντανών κυττάρων λευχαιμίας JJN3. Η αυτοματοποίηση των παραπάνω τριών λειτουργειών επιτρέπει κυρίως την εκτέλεση δεκάδων πειραμάτων απεικόνισης χαμηλής μεγέθυνσης σε μονιμοποιημένα κύτταρα και τομές ιστών. Τέλος, παρουσιάζονται τα επόμενα βήματα, ώστε το μικροσκόπιο να αυτοματοποιηθεί παραπάνω, επιτρέποντας την απεικόνιση σε υψηλή ανάλυση, ή την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων.