Mikroskop: Interaktivní mikroskop s nízkými náklady: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Ahoj a vítejte!

Jmenuji se Picroscope. Jsem cenově dostupný mikroskop napájený vlastními silami, RPi, který vám umožňuje vytvářet a interagovat s vaším vlastním mikrosvětem. Jsem skvělý praktický projekt pro někoho, koho zajímá biotechnologie a světy mikrobiologie, optiky nebo elektroniky pro kutily. Postavit mě může téměř každý, bez ohledu na věk nebo úroveň znalostí. Ať už jste středoškolák, který hledá skvělý vědecký projekt, student střední školy ve třídě biologie, tvůrce ve vaší garáži nebo dokonce vědec provádějící experimenty v biofyzice, mým cílem je pomoci vám lépe porozumět mikroskopickému světu, který obklopuje vy. S pomocí několika elektronických součástek a 3-D tiskárny mohu být postaven za jeden den a rozpočet 60 dolarů!

Pokud jste se dostali tak daleko, pak to znamená, že máte zájem o vytvoření jednoho ze mě! To jo! Začněme!

Krok 1: Materiály a náklady ($)

Mikrobiologie mikroskopu přináší život do vašeho mikrosvěta:

★ Mikroskopické diapozitivy a krycí fólie (6,78 USD)

★ Jasná jednostranná páska

Optika mikroskopu zvětší váš mikrosvět:

★ CCTV objektiv (3,25 USD)

★ CCTV Lens Lock Ring (1,25 USD)

Elektronika mikroskopu vás zavede do vašeho mikrosvěta:

★ Notebook nebo stolní počítač s Mac OS nebo Windows*

*Windows vyžadují software PuttySoftware a WinSCP, zatímco Mac používá předinstalovaný program Terminal

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - OMEZENÁ ČASOVÁ AKCE: Mikrocentrum má 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Raspberry Pi Camera (16,99 USD)

NEBO

Balíček kamer RaspPi Zero W s 8MP kamerou RaspPi (44,95 USD)

★ Záhlaví GPIO pro muže (0,95 USD)

★ 8+ GB SD karta (6,98 USD)

★ 120 balení propojovacích vodičů (6,98 USD) - Nalezeno v Makerspaces - *Nebudete používat všech 120, ale nikdy neuškodí mít náhradní, levné propojovací vodiče!

★ Nůžky NEBO Střihačka/řezačka drátu (6,98 USD)

★ 20 balení rezistorů 100 ohmů (0,95 USD)

★ Difúzní LED (0,50 USD) - Pokud je to možné, kupte si za zálohu pár navíc

★ Micro USB (2,99 USD) - nachází se ve většině domácností

★ Sada páječky (9,85 USD) - Nalezeno v Makerspaces

3-D tištěné části mikroskopu podporují váš mikrosvět:

★ 3-D Printed Structural Components (8-12 USD)-ZIP soubor v kroku 2

*** DŮLEŽITÉ: Před stavbou si kupte veškerý materiál! Pečlivě si také přečtěte každý krok, abyste získali konkrétnější informace o materiálech.

Krok 2: 3D tisk

1. Stáhněte si soubor STL_FIles.zip do počítače a rozbalte soubory do složky.

2. Vytiskněte součásti pomocí vlastní 3-D tiskárny NEBO použijte některou z níže uvedených důvěryhodných online služeb 3D tisku.

3. DŮLEŽITÉ: Pomocí následujícího seznamu zjistíte, kolik z každé části potřebujete vytisknout:

1. Základna = 1 část
2. Base+Top_Stops = 8 dílů
3. Big_Slide_Tray = 2 díly
4. Cam_Fasteners = 2 díly
5. Cam+Lens_Holder = 1 část
6. Lens_Remover = 1 část
7. Small_Slide_Tray = 2 díly
8. Structural_Walls = 2 díly

Navrhované online služby 3-D tisku

Používám důvěryhodnou službu - Maker Tree 3 -D:

1. Na počítači navštivte stránku

2. Vytvořte si účet na Maker Tree 3D.

3. Přihlaste se ke svému účtu.

4. Klikněte na 3-D Printing Services a vyberte možnost Odeslat soubory pro 3D tisk.

5. Nahrajte všechny soubory STL z rozbalené složky.

6. Změňte množství každé části podle DŮLEŽITÉHO kroku č. 3.

7. Pro svůj materiál si můžete vybrat mezi PLA nebo ABS. Přestože je PLA levnější, ABS je odolnější a poskytuje další podporu. Buď materiál bude pro váš mikroskop fungovat, ale pokud vám to rozpočet dovolí, zvolte ABS.

8. Díly lze odeslat za méně než 10 USD a do 3–5 pracovních dnů, pokud zvolíte standardní dopravu.

Důvěryhodná služba (zahrnuje mezinárodní přepravní služby) - 3 -D Hubs:

1. Navštivte na počítači

2. Vytvořte si účet na 3D Hubs. Pokud máte studentský e -mail, použijte e -mail pro svůj účet a získejte 25% slevu na vaši objednávku.

3. Přihlaste se ke svému účtu.

4. Klikněte na možnost Objednat vlastní součásti a vyberte možnost 3D tisk.

5. Nahrajte všechny soubory STL z rozbalené složky.

6. Změňte množství každé části podle DŮLEŽITÉHO kroku č. 3.

7. Pro svůj materiál si můžete vybrat mezi PLA nebo ABS. Přestože je PLA levnější, ABS je odolnější a poskytuje další podporu. Buď materiál bude pro váš mikroskop fungovat, ale pokud vám to rozpočet dovolí, zvolte ABS.

8. Díly lze odeslat za méně než 10 USD a do 3–5 pracovních dnů, pokud zvolíte standardní dopravu.

Krok 3: Nastavení Raspberry Pi Zero W

*** Nezapomeňte mít všechny své elektronické součásti, než budete pokračovat…

Existuje několik způsobů, jak nastavit Raspberry Pi Zero W. Některé vyžadují určité materiály, zatímco jiné ne. Poskytl jsem některé své oblíbené webové stránky pro nastavení mini počítače na základě určitých materiálů, které můžete nebo nemusíte mít. Vyberte si ten, který je pro vás nejlepší.

Nejlepší průvodce Pi Zero W pro začátečníky:

learn.sparkfun.com/tutorials/getting-start…

*Tato příručka obsahuje všechny základní informace o Pi Zero W, včetně úvodu k hardwaru a nastavení OS (operačního systému). POZNÁMKA: Pokud nemáte přístup k monitoru počítače a kabelu mini-to-HDMI, přečtěte si část „Instalace operačního systému“

Průvodce nejlepší bezhlavou instalací (bez přístupu k monitoru počítače) k Pi Zero W:

desertbot.io/blog/setup-pi-zero-w-headless…

*Tato webová stránka vám poskytne skvělý návod, jak nastavit operační systém, aniž byste potřebovali monitor. POZNÁMKA: Tento web vyžaduje, abyste měli Mac OS. Pokud máte Windows, použijte tento web:

Nejlepší průvodce bezhlavým a offline (bez připojení Wi -Fi) k Pi Zero W:

desertbot.io/ssh-into-pi-zero-over-usb/

*Tato webová stránka (také vytvořená serverem desertbot.io) vám poskytne návod, jak se dostat do nastavení operačního systému, aniž byste potřebovali monitor nebo dokonce připojení k wifi. POZNÁMKA: Tento web také vyžaduje, abyste měli Mac OS.

DŮLEŽITÉ:

Poznamenejte si název hostitele vašeho Pi Zero W, přihlaste se uživatelské jméno a heslo po jeho nastavení, protože jej použijeme ke vzdálenému přihlášení do Pi Zero W. Pokud nezměníte ani jednu z těchto informací, nezapomeňte, že výchozí název hostitele a přihlašovací jméno heslo je raspberrypi a výchozí přihlašovací uživatelské jméno je pi.

Krok 4: Nastavení softwarového rozhraní

1. Zapněte Pi Zero W pomocí kabelu Micro-USB.

2. SSH (vzdálené přihlášení) do Raspberry Pi pomocí vašeho notebooku:

Pro Windows Putty:

1. Jako název hostitele zadejte [HOSTNAME].local, pro Typ připojení klikněte na tlačítko SSH a stiskněte Otevřít.
2. Po vyzvání zadejte své přihlašovací uživatelské jméno a heslo.

Pro terminál Mac:

1. Zadejte tento příkaz do terminálu ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Po vyzvání zadejte heslo.

*** POZNÁMKA: Následující krok bude trvat ~ 10 hodin. Bude to trvat dlouho. Takže až se dostanete ke kroku 3.9., Pak buďte připraveni čekat … hodně. Ale na druhou stranu, budete mít čas na nějaké produktivní věci. Můžete například pokračovat a dohnat show Netflix, sledovat celou ságu Star Wars nebo dokonce pracovat dopředu v tomto Instructables. Volba je na tobě. Ať je to cokoli, doufám, že se pobavíte!

3. Chcete -li nastavit OpenCV (Computer Vision) v CLI (rozhraní příkazového řádku) na SSH, zadejte následující příkazy:

** Poznámka: Pokud vás CLI kdykoli vyzve „Chcete pokračovat?“, Zadejte y

sudo apt-get install build-essential

sudo apt-get install cmake git libgtk2.0-dev vim pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev

sudo apt-get install python-dev python-numpy python-pip libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

*** Obrázky ukazují, že jsem vytvořil nadřazený adresář, který obsahuje klonovaný adresář opencv, ale to jsem z kroků zahodil, aby to bylo trochu jednodušší…

klon git

cd opencv/

mkdir build

CD sestavení/

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE = RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX =/usr/local -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES = ON..

udělat

sudo provést instalaci

CD

4. Stáhněte a rozbalte složku picroscope.zip na svém notebooku. Poté složku přeneste do Pi Zero W:

Pro Windows WinSCP: *Obrázek 6

1. Jako název hostitele zadejte [HOSTNAME].local, po zobrazení výzvy zadejte své přihlašovací uživatelské jméno a heslo, jako protokol protokolu vyberte SFTP a klikněte na Přihlášení.
2. Najděte a přetáhněte složku z disku vašeho notebooku nalevo od programu doprava, kde je váš domovský adresář pro Pi Zero W.

Pro terminál Mac: *Obrázek 7

1. Kliknutím na znaménko plus na svém terminálu vytvoříte novou kartu/relaci.
2. Zadejte příkaz sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Po vyzvání zadejte heslo.
4. Zjistěte cestu k umístění vaší složky na svém notebooku a zadejte příkaz pwd na kartě ssh vašeho terminálu, abyste zjistili cestu domovského adresáře vašeho Pi Zero W. Zkopírujte tyto cesty, když budete vyzváni v dalším kroku.
5. Zadejte příkaz put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Zadáním následujících příkazů zkontrolujte, zda OpenCV funguje a zda jej můžete použít v Pythonu: *Obrázek 8

CD

python import cv2

Pokud se zobrazí chyba, vyřešte prosím problém pomocí internetu. Pokud vše ostatní selže, pošlete prosím příspěvek níže na fórum, aby se komunita Instructables a já mohli pokusit pomoci.

Pokud nemáte žádné chyby, pak OpenCV funguje! TO JO! Chcete -li zavřít Python CLI, můžete zadat následující příkaz:

výstup()

Pi Zero W můžete konečně vypnout pomocí tohoto příkazu:

sudo se nyní vypne

Odpojte kabel USB od Pi Zero W.

Krok 5: Přidejte zvětšovací optiku

*** Než budete pokračovat tímto krokem, nezapomeňte si nechat vytisknout všechny své 3-D tištěné a optické součásti …

1. Shromážděte 3-D tištěný držák objektivu na kameru a CCTV (držák na objektiv+objektiv), objektiv CCTV a pojistný kroužek. *Obrázek 1

2. Orientujte objektiv CCTV tak, aby menší objektiv směřoval nahoru. *Obrázek 2

3. Vložte orientovaný objektiv CCTV do válcového otvoru v držáku objektivu.

4. Objektiv CCTV opatrně protlačte kruhovým otvorem v držáku objektivu. *Obrázek 3

5. Nasaďte pojistný kroužek na objektiv CCTV. *Obrázek 4

6. Zašroubujte pojistný kroužek do poloviny do objektivu CCTV. *Obrázek 5

7. Opatrně zatáhněte objektiv CCTV dolů, dokud se pojistný kroužek nepřipojí k horní části držáku objektivu. *Obrázek 6

Krok 6: Sestavte strukturu

1. Shromážděte LED osvětlovací základnu, 2 strukturální stěny a 4 z 8 velkých upevňovacích prvků. *Obrázek 1

2. Umístěte LED osvětlovací základnu naplocho na pracovní stůl. *Obrázek 2

3. Vyberte jednu ze strukturálních stěn a umístěte silnější ze dvou pravoúhlých závěsů (zvýrazněno na *obrázku 1) na základnu tak, aby se otvory zarovnaly s libovolnými dvěma ze čtyř otvorů základny.

4. Upevněte konstrukční stěnu k základně pomocí dvou upevňovacích prvků.

5. Opakujte kroky 3-4 pro druhou stěnu. *Obrázek 3

6. Shromážděte držák fotoaparátu+objektivu s objektivem CCTV a dalšími 4 velkými spojovacími prvky. *Obrázek 4

7. Vyrovnejte držák fotoaparátu+objektivu na horní závěsy horních konstrukčních stěn tak, aby objektiv CCTV směřoval k základně.

8. Upevněte držák na stěny pomocí velkých upevňovacích prvků. *Obrázek 5

Odložte strukturu, zatímco nastavujeme Raspberry Pi a kameru.

Krok 7: Nastavení kamery

Optické nastavení kamery:

1. Pomocí 3-D tištěného objektivu odšroubujte objektiv na fotoaparátu. *Obrázek 1 a 2
2. Opatrně vyjměte filtr horkého zrcátka ve fotoaparátu. *Obrázek 3
3. Objektiv a skleněný filtr uchovávejte v bezpečném a suchém úložném prostoru (tj. V plastovém sáčku).

Připojení fotoaparátu k Pi Zero W:

1. Shromážděte fotoaparát, kabel Raspberry Pi Zero W a kabel CSI. *Obrázek 4
2. Otevřete port CSI fotoaparátu a port CSI Raspberry Pi. *Obrázek 5
3. Připojte dva konce kabelu CSI k portům CSI podle jejich velikostí. *Obrázek 6
4. Zavřete porty CSI.

Krok 8: Nastavení rozhraní kamery na Pi Zero W

1. Zapněte Pi Zero W pomocí kabelu Micro-USB.

2. SSH do Pi Zero W, jako obvykle (krok 3 pro referenci)

3. Podle pokynů povolte rozhraní kamery na Pi Zero W:

1. Do CLI zadejte sudo raspi-config
2. Vyberte „5 možností rozhraní“
3. Vyberte „Fotoaparát P1“
4. Na dotaz, zda má být kamera povolena, vyberte „Ano“
5. Na výzvu k restartování Pi Zero W vyberte „Ano“

4. SSH do Pi Zero W, ještě jednou

5. Spusťte příkazy ke stažení rozhraní pythonu pomocí kamery a snadno použitelného serveru:

sudo pip install picamera

sudo pip install Flask

7. Podle následujících kroků a příkazů vyzkoušejte, zda kamera funguje:

cd mikroskop

python LiveStream.py

1. Otevřete webový prohlížeč a do adresního řádku zadejte následující: [HOSTNAME].local: 5000
2. Měli byste mít možnost vidět živý přenos z vaší kamery. Živý přenos bude rozmazaný, protože fotoaparát nemá objektiv, ale s tím si nedělejte starosti. Vaše kamera je pro mikroskop plně funkční! TO JO!

8. Vypněte Pi Zero W a odpojte kabely Micro-USB a CSI.

Krok 9: Konečné nastavení hardwaru (Připraveno … Nastavit … Pájení!)

*** Pokud je vám méně než 16 let, PROSÍM pájejte pod dohledem dospělé osoby!

Pájecí kolíkové kolíky na Pi Zero W:

1. Shromážděte své Pi Zero W, pájecí soupravu a kolíkové kolíky GPIO.
2. Umístěte kratší konec kolíků záhlaví přes přední část Pi Zero W. *Obrázek 1
3. 40 kolíků opatrně připájejte pomocí sady pro páječku. Pokud jste ještě nikdy nepájili, doporučuji vám podívat se na tento úžasný průvodce (obsahuje skvělé video pro začátečníky): https://learn.sparkfun.com. *Obrázek 2
4. Ponechte si páječku pro další krok. Pokud však nemáte materiály pro další nastavení, odpojte jej.

Nastavení osvětlení LED (AKTUALIZACE: Nyní je vyžadováno odizolování a pájení drátu):

1. Shromážděte 2 propojovací vodiče žena-žena, Pi Zero W, jeden odpor 100 ohmů, jednu rozptýlenou LED. *Obrázek 3
2. Sejměte nůžkami propojovací propojovací kabel a nůžkami nebo odizolovacím drátem odizolujte jeden konec každého propojovacího vodiče. *Obrázek 4
3. Zapojte jeden propojovací vodič na krátký vývod rozptýlené LED.
4. Odpájejte rezistor na dlouhý vodič rozptýlené LED a druhý konec rezistoru na druhý odizolovaný vodič.
5. Připojte propojovací vodič, který je připájen ke krátkému kabelu LED ke kolíku 6 na Pi Zero W. *Obrázek 7 pro referenci
6. Vyčištění po pájení. Pájecí zařízení již není nutné.
7. Napájejte Pi Zero W pomocí mikro USB.
8. Připojte druhý propojovací vodič ke kolíku 2 na Pi Zero W. LED by se měla rozsvítit! TO JO!
9. Odpojte propojovací vodiče připojené k Pi Zero W a Micro-USB.
10. Všechny tyto materiály si uschovejte pro konečné nastavení.

Konečné nastavení:

1. Nyní shromážděte svoji 3-D tištěnou strukturu, kameru, CSI kabel, upevňovací prvky pro fotoaparáty, zásobníky malých a velkých snímků.
2. Umístěte kameru na držák fotoaparátu+objektivu a zajistěte ji pomocí upevňovacích prvků fotoaparátu. *Obrázek 8
3. Namontujte Pi Zero W na jednu ze strukturálních stěn pomocí pole se 40 vývody na stěnách. *Obrázek 9
4. Připojte kabel CSI k fotoaparátu a Pi Zero W. *Obrázek 10
5. Vložte malé nebo velké posuvné zásobníky do štěrbin strukturálních stěn.
6. Nakonec připojte propojovací vodiče a LED zpět k Raspberry Pi Zero W. Umístěte LED do držáku pinů na osvětlovací základně. *Obrázek 11

GRATULUJEME! Postavili jste si svůj mikroskop! Vyfoťte to a pošlete příspěvek níže!

Krok 10: Vytvoření vašeho mikroskopického světa

1. Zapněte Pi Zero W pomocí kabelu Micro-USB.

2. SSH do Pi Zero W.

3. Shromážděte jeden z mikroskopických diapozitivů a položte na něj velmi malý předmět, například pramen vlasů.

4. Na předmět položte kousek pásky tak, aby byl zajištěn na sklíčku. To pomáhá při zaostřování objektu.

4. Zasuňte mikroskop a protáhněte jím zásobníky na mikroskopu.

5. Pomocí těchto příkazů vyzkoušejte, zda mikroskop funguje:

1. Zadejte: cd mikroskop
2. Zadejte: python LiveStream.py
3. Upravte zaostření obrazu opatrným otáčením objektivu CCTV ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. *Obrázek 1

6. Nyní můžete vidět mikroskopický (4x) obraz vašeho pramene vlasů! Vyzkoušejte jiné mikroskopické předměty nebo dokonce živé věci, například malé brouky.

*Nezapomeňte být opatrní při manipulaci s mikroskopem a hlavně se bavte!

Krok 11: Euglena World

Další materiály pro mikroskopický svět života

★ Pipety a Euglena Gracilis (10,75):

★ Petroleum Jelly (2,40):

★ Mikroskopické diapozitivy a krycí sklíčka

★ Oboustranná průhledná páska

★ Sharpie

Budování světa Euglena

1. Odřízněte dva extrémně malé proužky oboustranné pásky z dávkovače pásky.

2. Umístěte pásku k opačným okrajům krycího sklíčka.

3. Přilepte krycí sklíčko na střed mikroskopického sklíčka.

4. Pipetujte trochu vody Eugleny Gracilis ze sklenice.

5. Vložte kapku pipetové vody na okraj krycího sklíčka bez pásky. Zkontrolujte, zda je celá oblast pod krycím sklíčkem pokryta vodou.

7. Pomocí papírového ručníku vyčistěte veškerou další vodu na sklíčku.

8. Na okraje krycích sklíček přidejte trochu vazelíny. K přidání želé je nejlepší použít vatový tampon, protože želé pomáhá odpařování vody.

9. Pomocí Sharpie napište název svého vzorku a datum někam na snímek. Toto je pro referenci a je to dobrá laboratorní praxe.

10. Váš svět Euglena je připraven! Podívejte se na to pod svým mikroskopem!

Přečtěte si o úžasných fototaktických schopnostech Eugleny:

Výše jsem přidal několik videí, abych se podíval na to, co budete moci dělat se světem Euglena a programy pro zpracování obrazu.

Krok 12: Výkřiky a spolupráce

Laboratoři Riedel-Kruse na Stanfordské univerzitě moc děkujeme! Bez jejich podpory a mentorství bych nikdy nebyl schopen konceptualizovat, navrhnout a postavit tento úžasný projekt! Podívejte se na jejich skvělý interaktivní biotechnologický výzkum zde:

Děkujeme a křičíme:

--- Děkuji profesorce Ingmar Riedel-Kruseové za to, že mi letos v létě umožnil pracovat ve vaší laboratoři!

--- Děkuji Honesty za to, že jste ÚŽASNÝ mentor a přítel. Vždy jste tam byli, abyste mě vedli a zároveň mi umožňovali vymýšlet vlastní návrhy a odpovědi na problémy.

--- Děkuji Petrovi za to, že je dalším SKVĚLÝM mentorem a přítelem.

--- Děkuji Všem členům laboratoře Riedel-Kruse za pomoc s konkrétními a technickými problémy.

--- S/O a Obrovské Díky mé rodině za to, že mě vždy povzbuzovali a podporovali!

Pokud máte zájem o spolupráci se mnou, napište prosím níže na fórum! Také prosím stiskněte oblíbené tlačítko a nezapomeňte pro mě hlasovat!

Sledujte mě na Twitteru @RiksEddy a podívejte se, co ještě dělám !!

Všechno nejlepší do budoucna, Rik

První cena v soutěži Raspberry Pi Contest 2017