Mikroskop: nizkocenovni interaktivni mikroskop: 12 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Pozdravljeni in dobrodošli!

Moje ime je Picroscope. Sem cenovno ugoden mikroskop z lastnimi rokami in RPi, ki vam omogoča ustvarjanje in interakcijo z lastnim mikro svetom. Sem odličen praktični projekt za nekoga, ki ga zanima biotehnologija in svet mikrobiologije, optike ali elektronike DIY. Zgradil me lahko skoraj vsakdo, ne glede na starost ali stopnjo znanja. Ne glede na to, ali ste srednješolček, ki išče kul znanstveni projekt, dijak v razredu biologije, izdelovalec v svoji garaži ali celo znanstvenik, ki izvaja poskuse v biofiziki, je moj cilj, da vam pomagam bolje razumeti mikroskopski svet, ki ga obdaja. ti. S pomočjo nekaj elektronskih komponent in 3-D tiskalnika lahko zgradim v enem dnevu in 60 dolarjev proračuna!

Če ste prišli tako daleč, to pomeni, da ste zainteresirani, da postanete eden od mene! Ja! Začnimo!

1. korak: Materiali in stroški ($)

Mikrobiologija Picroscopa oživi vaš mikro svet:

★ Mikroskopski diapozitivi in ovitki (6,78 USD)

★ Čist enostranski trak

Optika mikroskopa povečuje vaš mikro svet:

★ CCTV objektiv (3,25 USD)

★ Obroč za zaklepanje objektiva CCTV (1,25 USD)

Elektronika pikroskopa vas popelje v vaš mikro svet:

★ prenosni ali namizni računalnik z operacijskim sistemom Mac OS ali Windows*

*Windows zahteva programsko opremo PuttySoftware in WinSCP, Mac pa uporablja vnaprej nameščen program Terminal

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - OMEJENI ČAS: Mikro center ima 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - kamera Raspberry Pi (16,99 USD)

ALI

Paket fotoaparatov RaspPi Zero W z 8 MP kamero RaspPi (44,95 USD)

★ Moška glava GPIO (, 95 USD)

★ 8+ GB SD kartica (6,98 USD)

★ 120 Paket mostičnih žic (6,98 USD) - Najdeno v Makerspaces - *Ne boste uporabili vseh 120, vendar nikoli ne škodi, če imate rezervne, poceni mostične žice!

★ škarje ALI odstranjevalec/rezalnik žice (6,98 USD)

★ 20 paket 100 ohmskih uporov (0,95 USD)

★ Razpršena LED (0,50 USD) - Če je mogoče, kupite nekaj dodatnih za varnostno kopiranje

★ Micro USB (2,99 USD) - Najdeno v večini domov

★ Komplet za spajkalnik (9,85 USD) - Najdeno v Makerspaces

Tridimenzionalni tiskani deli mikroskopa podpirajo vaš mikro svet:

★ 3-D tiskane strukturne komponente (8-12 USD)-Zip datoteka v 2. koraku

*** POMEMBNO: Pred gradnjo kupite vse materiale! Prav tako natančno preberite vsak korak za natančnejše informacije o materialih.

2. korak: 3D-tiskanje

1. Prenesite datoteko STL_FIles.zip v računalnik in razpakirajte datoteke v mapo.

2. Natisnite dele z lastnim 3-D tiskalnikom ALI uporabite eno od spodaj navedenih zaupanja vrednih spletnih storitev 3D-tiskanja.

3. POMEMBNO: Na naslednjem seznamu ugotovite, koliko posameznih delov morate natisniti:

1. Osnova = 1 del
2. Base+Top_Stops = 8 delov
3. Big_Slide_Tray = 2 dela
4. Cam_Fasteners = 2 dela
5. Cam+Lens_Holder = 1 del
6. Lens_Remover = 1 del
7. Small_Slide_Tray = 2 dela
8. Strukturni zidovi = 2 dela

Predlagane spletne storitve 3D-tiskanja

Zaupanja vredna storitev, ki jo uporabljam - Maker Tree 3 -D:

1. V računalniku obiščite

2. Ustvarite račun na Maker Tree 3D.

3. Prijavite se v svoj račun.

4. Kliknite 3-D Printing Services in izberite Upload Files for 3D Printing.

5. Naložite vse datoteke STL iz razpakirane mape.

6. Količine vsakega dela spremenite na podlagi POMEMBNEGA koraka #3.

7. Za material lahko izbirate med PLA ali ABS. Čeprav je PLA cenejši, je ABS trdnejši in nudi dodatno podporo. Za vaš pikroskop bo ustrezen material, če pa vam proračun dopušča, izberite ABS.

8. Pločevinke z deli lahko pošljete za manj kot 10 USD in v 3-5 delovnih dneh, ko izberete standardno pošiljanje.

Zaupanja vredna storitev (vključuje mednarodne ladijske storitve) - 3 -D vozlišča:

1. V računalniku obiščite

2. Ustvarite račun v središčih 3D. Če imate študentsko e -pošto, jo uporabite za svoj račun in pridobite 25% popusta na naročilo.

3. Prijavite se v svoj račun.

4. Kliknite Naroči dele po meri in izberite 3-D tiskanje.

5. Naložite vse datoteke STL iz razpakirane mape.

6. Količine vsakega dela spremenite na podlagi POMEMBNEGA koraka #3.

7. Za material lahko izbirate med PLA ali ABS. Čeprav je PLA cenejši, je ABS trdnejši in nudi dodatno podporo. Za vaš pikroskop bo ustrezen material, če pa vam proračun dopušča, izberite ABS.

8. Pločevinke z deli lahko pošljete za manj kot 10 USD in v 3-5 delovnih dneh, ko izberete standardno pošiljanje.

3. korak: Nastavitev Raspberry Pi Zero W

*** Ne pozabite imeti vseh svojih elektronskih delov, preden nadaljujete …

Raspberry Pi Zero W lahko nastavite na več načinov. Nekateri zahtevajo določene materiale, drugi pa ne. Zagotovil sem nekaj mojih najljubših spletnih mest za nastavitev mini računalnika na podlagi določenih materialov, ki jih imate ali ne. Izberite tistega, ki vam najbolj ustreza.

Najboljši vodnik za začetnike po Pi Zero W:

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

*Ta priročnik vsebuje vse osnove o Pi Zero W, vključno s predstavitvijo strojne opreme in nastavitvami operacijskega sistema (operacijski sistem). OPOMBA: Če nimate dostopa do računalniškega monitorja in kabla mini-to-HDMI, preberite razdelek »Namestitev operacijskega sistema«

Najboljši vodnik za nastavitev brez glave (brez dostopa do računalniškega monitorja) za Pi Zero W:

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

*To spletno mesto vam ponuja odličen vodnik o tem, kako nastaviti OS brez potrebe po monitorju. OPOMBA: To spletno mesto zahteva, da imate Mac OS. Če imate Windows, uporabite to spletno mesto:

Najboljši vodnik za nastavitev brez glave in brez povezave (brez povezave Wi -Fi) za Pi Zero W:

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

*Na tem spletnem mestu (ki ga je izdelal tudi desertbot.io) najdete navodila, kako vdreti v nastavitev operacijskega sistema, ne da bi potrebovali monitor ali celo povezavo WiFi. OPOMBA: To spletno mesto zahteva tudi, da imate Mac OS.

POMEMBNO:

Po nastavitvi si zapišite ime gostitelja, uporabniško ime in geslo za Pi Zero W, ker jih bomo uporabili za oddaljeno prijavo v Pi Zero W. Če ne spremenite nobenega od teh podatkov, ne pozabite, da privzeto ime gostitelja in prijava geslo je raspberrypi, privzeto uporabniško ime za prijavo pa je pi.

4. korak: Nastavitev programskega vmesnika

1. Napajajte Pi Zero W s kablom Micro-USB.

2. SSH (oddaljena prijava) v Raspberry Pi s prenosnim računalnikom:

Za Windows Putty:

1. Vnesite [HOSTNAME].local za ime gostitelja, kliknite gumb SSH za vrsto povezave in pritisnite Odpri.
2. Ko boste pozvani, vnesite uporabniško ime in geslo za prijavo.

Za Mac Terminal:

1. Ta ukaz vnesite v terminalski ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Ko boste pozvani, vnesite geslo.

*** OPOMBA: Naslednji korak bo trajal ~ 10 ur. Dolgo bo. Torej, ko pridete do koraka 3.9., Potem bodite pripravljeni čakati … veliko. Na svetli strani pa boste imeli čas, da naredite nekaj produktivnih stvari. Na primer, lahko nadaljujete in se ujamete v svojih oddajah Netflix, si ogledate celotno sago Star Wars ali celo delate naprej v tem Instructables. Izbira je vaša. Karkoli že je, upam, da se boste zabavali!

3. Vnesite naslednje ukaze za nastavitev OpenCV (Computer Vision) v CLI (vmesnik ukazne vrstice) na SSH:

** Opomba: Če vas CLI kadar koli pozove "Ali želite nadaljevati?", Vnesite y

sudo apt-get install build-bistveno

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

*** Slike prikazujejo, da sem naredil nadrejeni imenik, ki vsebuje klonirani imenik opencv, vendar sem to zavrgel iz korakov, da bi bilo stvari nekoliko lažje …

git clone

cd opencv/

mkdir build

cd build/

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

narediti

sudo naredi namestitev

cd

4. Prenesite in razpakirajte mapo picroscope.zip na prenosnem računalniku. Nato mapo prenesite v Pi Zero W:

Za Windows WinSCP: *Slika 6

1. Vnesite [HOSTNAME].local za ime gostitelja, ob pozivu vnesite uporabniško ime in geslo za prijavo, izberite SFTP za File Protocol in kliknite Prijava.
2. Poiščite in povlecite mapo iz pogona prenosnega računalnika na levi strani programa na desno, kjer je vaš domači imenik za Pi Zero W.

Za Mac Terminal: *Slika 7

1. Kliknite na znak plus vašega terminala, da ustvarite nov zavihek/sejo.
2. Vnesite ukaz sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Ko boste pozvani, vnesite geslo.
4. Ugotovite lokacijsko pot vaše mape na prenosnem računalniku in vnesite ukaz pwd na zavihku ssh svojega terminala, da ugotovite pot do domačega imenika vašega Pi Zero W. Kopirajte te poti, ko boste pozvani v naslednjem koraku.
5. Vnesite ukaz put -r [PATH2FOLDER-prenosni računalnik] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Vnesite naslednje ukaze, da preverite, ali OpenCV deluje in ali ga lahko uporabljate v Pythonu: *Slika 8

cd

uvoz python cv2

Če se prikaže napaka, odpravite težave z uporabo interneta. Če vse drugo ne uspe, prosimo, objavite spodaj na forumu, da lahko s skupino Instructables poskušamo pomagati.

Če nimate napak, potem OpenCV deluje! DA! Za zapiranje Python CLI lahko vnesete naslednji ukaz:

izhod ()

Končno lahko izklopite svoj Pi Zero W s tem ukazom:

sudo shutdown zdaj

Odklopite kabel USB iz Pi Zero W.

5. korak: Dodajte optiko za povečavo

*** Ne pozabite imeti vseh svojih 3D-tiskanih in optičnih delov, preden nadaljujete na ta korak …

1. Zberite tridimenzionalno tiskano kamero in držalo objektiva CCTV (držalo kamere+držalo), objektiv CCTV in zaklepni obroč. *Slika 1

2. Objektiv CCTV usmerite tako, da bo manjši objektiv obrnjen navzgor. *Slika 2

3. Obrnjeni objektiv CCTV vstavite v cilindrično odprtino držala za objektiv.

4. Previdno potisnite objektiv CCTV skozi krožno odprtino v držalu za objektiv. *Slika 3

5. Nastavite zaklepni obroč na vrhu objektiva CCTV. *Slika 4

6. Zaklepni obroč do polovice privijte v objektiv CCTV. *Slika 5

7. Previdno povlecite objektiv CCTV navzdol, dokler se zaklepni obroč ne pritrdi na vrh nosilca objektiva. *Slika 6

6. korak: Zgradite strukturo

1. Zberite podnožje LED osvetlitve, 2 strukturni steni in 4 od 8 velikih pritrdilnih elementov. *Slika 1

2. Osnovo za LED osvetlitev postavite ravno na delovno mizo. *Slika 2

3. Izberite eno od konstrukcijskih sten in postavite debelejši od dveh pravokotnih tečajev (označeno na *sliki 1) na podlago, tako da bodo luknje poravnane s poljubnima dvema od štirih osnovnih lukenj.

4. Pritrdite konstrukcijsko steno na podlago z dvema pritrdilnima elementoma.

5. Ponovite korake 3-4 za drugo steno. *Slika 3

6. Zberite objektiv kamere+objektiva z objektivom CCTV in drugimi 4 velikimi pritrdilnimi elementi. *Slika 4

7. Nosilec kamere+objektiva poravnajte na vrhu tečajev konstrukcijskih sten tako, da je objektiv CCTV obrnjen proti dnu.

8. Z velikimi pritrdilnimi elementi pritrdite držalo na stene. *Slika 5

Strukturo odstavimo, medtem ko nastavimo Raspberry Pi in kamero.

7. korak: Nastavitev kamere

Optična nastavitev kamere:

1. Za odstranitev objektiva na fotoaparatu uporabite 3-D odstranjevalec natisnjenih leč. *Slika 1 in 2
2. Previdno odstranite vroči zrcalni filter v fotoaparatu. *Slika 3
3. Lečo in stekleni filter shranite v varno in suho shranjevalno enoto (to je plastično vrečko).

Priključitev fotoaparata na Pi Zero W:

1. Zberite kamero, Raspberry Pi Zero W in kabel CSI. *Slika 4
2. Odprite vrata CSI kamere in vrata CSI Raspberry Pi. *Slika 5
3. Priključite oba konca kabla CSI na vrata CSI glede na njihovo velikost. *Slika 6
4. Zaprite vrata CSI.

8. korak: Nastavite vmesnik kamere na Pi Zero W

1. Napajajte Pi Zero W s kablom Micro-USB.

2. SSH v Pi Zero W, kot običajno (korak 3 za referenco)

3. Sledite ukazom, da omogočite vmesnik kamere na Pi Zero W:

1. V CLI vnesite sudo raspi-config
2. Izberite "5 možnosti vmesnika"
3. Izberite "Kamera P1"
4. Na vprašanje, ali je treba kamero omogočiti, izberite "Da"
5. Ko boste pozvani, da znova zaženete Pi Zero W, izberite "Da"

4. SSH v Pi Zero W, še enkrat

5. Zaženite ukaze za prenos vmesnika python s kamero in strežnikom, ki je preprost za uporabo:

sudo pip namestite pikamero

sudo pip namestite Flask

7. Sledite tem korakom in ukazom, da preverite, ali kamera deluje:

cd pikroskop

python LiveStream.py

1. Odprite spletni brskalnik in v vrstico URL vnesite naslednje: [HOSTNAME].local: 5000
2. Morali bi si ogledati prenos kamere v živo. Prenos v živo bo zamegljen, ker fotoaparat nima objektiva, vendar naj vas to ne skrbi. Vaša kamera je popolnoma funkcionalna za mikroskop! DA!

8. Izklopite Pi Zero W in odklopite kabla Micro-USB in CSI.

9. korak: Končna nastavitev strojne opreme (pripravljeno … Nastavi … Spajkanje!)

*** Če ste mlajši od 16 let, prosim spajkajte pod nadzorom odraslih!

Spajkalni zatiči glave Pi Zero W:

1. Zberite svoje Pi Zero W, komplet za spajkanje in moške zatiče za glavo GPIO.
2. Krajši konec zatičev glave postavite skozi sprednji del Pi Zero W. *Slika 1
3. 40 zatičev previdno spajkajte s kompletom za spajkanje. Če še niste spajkali, predlagam, da si ogledate ta super vodič (vključuje odličen video za začetnike): https://learn.sparkfun.com. *Slika 2
4. Spajkalnik shranite za naslednji korak. Če pa nimate materialov za naslednjo nastavitev, ga odklopite.

Nastavitev LED osvetlitve (UPDATE: zdaj sta potrebna odstranjevanje in spajkanje žic):

1. Zberite 2 žici skakalec ženski-ženski, Pi Zero W, en 100-ohmski upor, eno razpršeno LED. *Slika 3
2. Odstranite konektor mostične žice s škarjami in s škarjami ali odstranjevalcem žice odstranite en konec vsake mostične žice. *Slika 4
3. Spajite eno mostično žico na kratek vod razpršene LED.
4. Spajate upor na dolgi vod difuzne LED in drugi konec upora na drugo ogoljeno žico.
5. Spojno žico, ki je spajkana s kratkim kablom LED, priključite na pin 6 na Pi Zero W. *Slika 7 za referenco
6. Čiščenje po končanem spajkanju. Spajkalna oprema ni več potrebna.
7. Napajajte Pi Zero W z mikro USB.
8. Drugi mostični kabel priključite na pin 2 na Pi Zero W. LED naj zasveti! DA!
9. Odklopite mostične žice, povezane s Pi Zero W in mikro-USB.
10. Vse te materiale shranite za končno nastavitev.

Končna nastavitev:

1. Zdaj zberite svojo 3-D tiskano strukturo, fotoaparat, kabel CSI, pritrdilne elemente za fotoaparate, majhne in velike drsne pladnje.
2. Kamero postavite na držalo za fotoaparat+objektiv in jo pritrdite s pritrdilnimi elementi fotoaparata. *Slika 8
3. Pi Zero W namestite na eno od strukturnih sten z uporabo 40 -polnega niza lukenj na stenah. *Slika 9
4. Priključite kabel CSI na kamero in Pi Zero W. *Slika 10
5. V reže strukturnih sten vstavite majhne ali velike drsne pladnje.
6. Na koncu priključite odklopne žice in LED nazaj na Raspberry Pi Zero W. Postavite LED v držalo za nožice na podstavku za osvetlitev. *Slika 11

ČESTITAMO! Zgradili ste svoj mikroskop! Fotografirajte ga in objavite spodaj!

10. korak: Ustvarite svoj mikroskopski svet

1. Napajajte Pi Zero W s kablom Micro-USB.

2. SSH v Pi Zero W.

3. Zberite eno od diapozitivov za mikroskop in na drsnik položite zelo majhen predmet, na primer pramen las.

4. Na predmet položite kos traku, tako da je pritrjen na drsnik. To pomaga pri fokusiranju predmeta.

4. Potisnite mikroskop Potisnite skozi pladnje na vašem mikroskopu.

5. Sledite tem ukazom, da preverite, ali mikroskop deluje:

1. Vnesite: cd pikroskop
2. Vnesite: python LiveStream.py
3. Prilagodite ostrino slike tako, da objektiv CCTV previdno obrnete v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri urinega kazalca. *Slika 1

6. Zdaj lahko vidite mikroskopsko (4 -kratno) podobo vaše pramene za lase! Poskusite druge mikroskopske predmete ali celo živa bitja, na primer majhne hrošče.

*Ne pozabite biti previdni pri rokovanju z mikroskopom in, kar je še pomembneje, se zabavajte!

11. korak: Svet Euglena

Dodatni materiali za mikroskopski živi svet

★ Pipete in Euglena Gracilis (10.75):

★ Naftni žele (2.40):

★ Mikroskopski diapozitivi in pokrovčki

★ Dvostranski čisti trak

★ Sharpie

Gradnja sveta Euglena

1. Iz razpršilnika traku izrežite dva zelo majhna traka dvostranskega traku.

2. Trak namestite na nasprotne robove pokrovčka.

3. Pokrovček prilepite na sredino diapozitiva mikroskopa.

4. Iz kozarca odpipetirajte malo vode Euglene Gracilis.

5. V rob kapljice brez traku vstavite kapljico vode iz pipete. Poskrbite, da bo celotno območje pod pokrovom prekrito z vodo.

7. S papirnato brisačo očistite vso dodatno vodo na toboganu.

8. Na robove pokrovov dodajte malo vazelina. Za dodajanje želeja je najbolje uporabiti bombažno palčko, saj žele pomaga pri izhlapevanju vode.

9. Z ostrino napišite ime vzorca in datum nekje na diapozitiv. To je za referenco in je dobra laboratorijska praksa.

10. Vaš Euglena svet je pripravljen! Preverite pod svojim mikroskopom!

Preberite o neverjetnih fototaktičnih sposobnostih Euglene:

Zgoraj sem dodal nekaj videoposnetkov, da bi dobili vpogled v to, kaj boste lahko počeli s svetom Euglena in programi za obdelavo slik.

12. korak: Pokličite in sodelujte

Najlepša hvala laboratoriju Riedel-Kruse na Univerzi Stanford! Brez njihove podpore in mentorstva nikoli ne bi mogel zamisliti, oblikovati in zgraditi tega čudovitega projekta! Oglejte si vse njihove zanimive interaktivne biotehnološke raziskave tukaj:

Hvala in zakričite:

--- Hvala profesorju Ingmarju Riedel-Kruseju, ki mi je to poletje omogočil delo v vašem laboratoriju!

--- Hvala poštenju, ker ste NEVERJETNI mentor in prijatelj. Vedno ste bili tam, da me vodite, hkrati pa mi dovolite, da se odločim za lastne zasnove in odgovore na težave.

--- Hvala Petru, ker je bil še en ODLIČEN mentor in prijatelj.

--- Hvala vsem članom laboratorija Riedel-Kruse za pomoč pri posebnih in tehničnih vprašanjih.

--- S/O in Ogromna hvala moji družini, ki me je vedno spodbujala in podpirala!

Če želite sodelovati z mano, objavite spodaj na forumu! Prav tako pritisnite gumb za priljubljene in ne pozabite glasovati zame!

Sledite mi na Twitterju @RiksEddy in poglejte, kaj še delam !!

Najlepše želje za vaša prihodnja prizadevanja, Rik

Prva nagrada na tekmovanju Raspberry Pi 2017