¿Puede un microscopio de papel barato encontrar un uso más amplio en la investigación?

Investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) en Bangalore descubrieron que un microscopio económico conectado a la cámara de un teléfono inteligente podría encontrar una aplicación más amplia en varios campos de investigación y, en algunos casos, potencialmente reemplazar equipos más costosos.

El Foldscope es un microscopio portátil hecho principalmente de papel que se puede conectar fácilmente a la cámara de un teléfono inteligente. Tiene un aumento de alrededor de 140x y puede identificar objetos de solo 2 micrómetros de ancho. Fue creado por investigadores de la Universidad de Stanford en 2014. Hoy en día, un Foldscope cuesta alrededor de 400 rupias.

Les chercheurs ont découvert que les Foldscopes pouvaient capturer la rondeur et le rapport d’aspect d’un objet à moins de 5% de ceux imagés par un instrument de pointe appelé microscope électronique à balayage (SEM), qui coûte plus de Rs 50 lakh cada uno.

También informan que, según sus hallazgos, los Foldscopes se pueden usar en productos farmacéuticos (para inspeccionar productos farmacéuticos), ciencias ambientales (para observar contaminantes) y cosméticos (para observar polvos y líquidos, emulsiones), entre otras áreas.

P. Anbazhagan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil de IISc y autor correspondiente del artículo, también dijo en un correo electrónico que los Foldscopes se pueden usar para estudiar la «morfología de las partículas del suelo», lo que puede «ayudar a comprender la estructura del suelo, la disponibilidad de nutrientes y la planta crecimiento» en la agricultura.

cereales molidos

La idea es fruto de un estudio publicado en la revista ciencia actual el 25 de febrero, en el que el Dr. Anbazhagan y su ex estudiante de doctorado Kunjari Mog informaron sobre la evaluación de la utilidad de un Foldscope para identificar la forma de los granos del suelo.

Actualmente, muchos sistemas de clasificación de suelos en todo el mundo no incluyen la forma de los granos del suelo «debido a la complejidad de medir con precisión la forma de los granos y la disponibilidad limitada de instrumentos de imagen asequibles», dijo el Dr. Anbazhagan.

El Sistema Estándar de Clasificación de Suelos de la India clasifica los suelos como ‘gruesos’, ‘finos’ y ‘turba/orgánicos’ según su tamaño, consistencia y susceptibilidad a la deformación.

La forma es difícil de determinar porque requiere microscopios grandes de alta resolución. Aún así, es importante: Anindya Sarkar, profesora y exjefa del Departamento de Geología y Geofísica del IIT Kharagpur, dijo en un correo electrónico que influye en la forma en que se escapan los granos. Más espacio entre los granos significa que el suelo en su conjunto puede retener más agua que si hubiera menos espacio.

Además, «los suelos con granos angulares o de forma irregular tienden a tener una mayor fricción entre partículas, lo que los hace más resistentes a la deformación que los suelos con granos bien redondeados o esféricos», dijo el Dr. Anbazhagan. .

Los sistemas de clasificación evitan la incapacidad de evaluar de forma rápida y económica la forma del grano utilizando otras medidas. En su nuevo estudio, el Dr. Anbazhagan y el Dr. Mog investigaron si Foldscope podría llenar este vacío.

Cuatro muestras, tres atributos

Recolectaron arena natural de cuatro lugares en 2018: los lechos de los ríos Manu y Brahmaputra, arena descubierta por un terremoto en Tripura en 2017 y arena de un metro bajo tierra en Kalpakkam, Tamil Nadu. Los cuatro eran suelos de grano grueso con partículas de 0,32 a 0,47 mm de ancho.

Utilizaron dos instrumentos, un Foldscope conectado a la cámara de un teléfono inteligente de 64MP y un microscopio electrónico de barrido (SEM), para medir tres atributos de cada muestra: redondez (la medida en que una partícula es esférica), relación de aspecto (el ancho se compara con su altura) y circularidad (cuán circular es en dos dimensiones).

En cada caso, capturaron una imagen con el instrumento y la analizaron usando una herramienta de software llamada ImageJ.

Descubrieron que las lecturas basadas en Foldscope y SEM diferían en aproximadamente un 5 % en cuanto a la redondez y la relación de aspecto para todas las arenas excepto la arena Tripura, cuyas mediciones diferían en un 9 %.

Sin embargo, las lecturas de circularidad diferían en un 50 % de la lectura SEM. En su artículo, los investigadores atribuyen esto a problemas de resolución asociados con el analizador de imágenes. Agregan que los estudios futuros podrían encontrar una solución, en particular mejorando el software existente como ImageJ.

Alternativamente, sin embargo, encontraron que el Foldscope podría aumentar los estudios de la forma del grano del suelo, incluso hacia la inclusión de la característica en el sistema de clasificación del suelo.

Ventajas y desventajas

Los investigadores descubrieron que cada Foldscope no podía usarse para obtener imágenes de más de «150 a 200 partículas» a la vez porque su mecanismo de enfoque se desgastaría. Pero esto fue compensado por el pequeño tamaño y bajo costo del instrumento.

Los investigadores también notaron que preparar una muestra para un estudio a través de un Foldscope tomó menos de una hora, mientras que el mismo proceso para un SEM fue «tedioso y lento».

«Foldscope no está diseñado para reemplazar un SEM, que es un instrumento altamente especializado y costoso», dijo el Dr. Anbazhagan. Sin embargo, «permite el análisis del suelo en el campo» y la visualización de «la estructura y las propiedades del suelo de forma rápida y sencilla en la era digital».