Pikroskooppi: Edullinen interaktiivinen mikroskooppi: 12 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Hei ja tervetuloa!

Nimeni on Picroscope. Olen edullinen, DIY, RPi-käyttöinen mikroskooppi, jonka avulla voit luoda ja olla vuorovaikutuksessa oman mikromaailmasi kanssa. Olen loistava käytännön projekti henkilölle, joka on kiinnostunut biotekniikasta ja mikrobiologian, optiikan tai DIY-elektroniikan maailmoista. Minut voi rakentaa melkein kuka tahansa ikään tai taitotasoon katsomatta. Olitpa keskikoululainen, joka etsii viileää luonnontieteellistä projektia, lukion opiskelija biologian luokassa, valmistaja autotallissasi tai jopa tiedemies, joka tekee kokeita biofysiikassa, tavoitteeni on auttaa sinua ymmärtämään paremmin ympäröivää mikroskooppista maailmaa sinä. Muutaman elektronisen komponentin ja 3-D-tulostimen avulla minut voidaan rakentaa päivässä ja 60 dollarin budjetilla!

Jos olet päässyt niin pitkälle, se tarkoittaa, että olet kiinnostunut tekemään yhden minusta! Joo! Aloitetaan!

Vaihe 1: Materiaalit ja kustannukset ($)

Pikroskoopin mikrobiologia tuo elämän mikro-maailmaan:

★ Mikroskoopin diat ja kansilevyt (6,78 USD)

★ Kirkas yksipuolinen teippi

Picroskoopin optiikka suurentaa mikromaailmasi:

★ CCTV -objektiivi (3,25 USD)

★ CCTV -objektiivin lukitusrengas (1,25 USD)

Pikroskoopin elektroniikka vie sinut mikro-maailmaan:

★ Kannettava tai pöytätietokone, jossa on Mac OS tai Windows*

*Windows vaatii PuttySoftware- ja WinSCP-ohjelmistoja, kun taas Mac käyttää esiasennettua Terminal-ohjelmaa

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - RAJOITETTU TARJOUS: Mikrokeskuksessa on 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Raspberry Pi -kamera (16,99 USD)

TAI

RaspPi Zero W -kamerapakkaus ja 8 MP: n RaspPi -kamera (44,95 USD)

★ GPIO -urosotsikko (.95 USD)

★ 8+ Gt: n SD -kortti (6,98 USD)

★ 120 kpl hyppyjohtimia (6,98 USD) - Löytyy Makerspacesista - *Et käytä kaikkia 120, mutta ei koskaan haittaa, että sinulla on halpoja varajohtimia!

★ Sakset TAI langankatkaisija/leikkuri (6,98 USD)

★ 20 kpl 100 ohmin vastuksia (0,95 USD)

★ Hajautunut LED (0,50 USD) - Osta pari ylimääräistä varmuuskopiota varten, jos mahdollista

★ Micro USB (2,99 USD) - löytyy useimmista kodeista

★ Juotosraudasarja (9,85 USD) - löytyy Makerspacesista

Pikroskoopin kolmiulotteiset painetut osat tukevat mikromaailmaa:

★ 3D-painetut rakenneosat (8-12 USD)-Zip-tiedosto vaiheessa 2

*** TÄRKEÄÄ: Osta kaikki materiaalit ennen rakentamista! Lue myös huolellisesti jokainen vaihe saadaksesi tarkempia tietoja materiaaleista.

Vaihe 2: 3D-tulostus

1. Lataa STL_FIles.zip tietokoneellesi ja pura tiedostot kansioon.

2. Tulosta osat omalla 3D-tulostimellasi TAI käytä jotakin alla luetelluista luotettavista online-3D-tulostuspalveluista.

3. TÄRKEÄÄ: Seuraavasta luettelosta saat tietää, kuinka monta osaa tulostetaan:

1. Kanta = 1 osa
2. Base+Top_Stops = 8 osaa
3. Big_Slide_Tray = 2 osaa
4. Cam_Fasteners = 2 osaa
5. Cam+Lens_Holder = 1 osa
6. Lens_Remover = 1 osa
7. Small_Slide_Tray = 2 osaa
8. Structural_Walls = 2 osaa

Ehdotetut online-3D-tulostuspalvelut

Luotettu palvelu, jota käytän - Maker Tree 3 -D:

1. Siirry tietokoneellasi osoitteeseen

2. Luo tili Maker Tree 3D: hen.

3. Kirjaudu tiliisi.

4. Napsauta 3D-tulostuspalvelut ja valitse Lataa tiedostot 3D-tulostusta varten.

5. Lataa kaikki STL -tiedostot puretusta kansiostasi.

6. Muuta kunkin osan määriä TÄRKEÄÄ vaiheen 3 perusteella.

7. Voit valita materiaalillesi PLA tai ABS. Vaikka PLA on halvempi, ABS on tukevampi ja tarjoaa lisätukea. Kumpikin materiaali sopii pikroskoopillesi, mutta jos budjettisi sallii, valitse ABS.

8. Osatölkit toimitetaan alle 10 dollarilla ja 3-5 arkipäivän kuluessa, kun valitset normaalitoimituksen.

Luotettu palvelu (sisältää kansainväliset toimituspalvelut) - 3 -D -keskittimet:

1. Siirry tietokoneellasi osoitteeseen

2. Luo tili 3D -keskittimiin. Jos sinulla on opiskelijasähköposti, käytä sitä tililläsi ja saat 25% alennuksen tilauksestasi.

3. Kirjaudu tiliisi.

4. Napsauta Tilaa mukautettuja osia ja valitse 3-D-tulostus.

5. Lataa kaikki STL -tiedostot puretusta kansiosta.

6. Muuta kunkin osan määriä TÄRKEÄÄ vaiheen 3 perusteella.

7. Voit valita materiaalillesi PLA tai ABS. Vaikka PLA on halvempi, ABS on tukevampi ja tarjoaa lisätukea. Kumpikin materiaali sopii pikroskoopillesi, mutta jos budjettisi sallii, valitse ABS.

8. Osatölkit toimitetaan alle 10 dollarilla ja 3-5 arkipäivän kuluessa, kun valitset normaalitoimituksen.

Vaihe 3: Raspberry Pi Zero W -asetus

*** Muista hankkia kaikki elektroniset osat ennen kuin jatkat…

Raspberry Pi Zero W: n asentamiseen on useita tapoja. Jotkut vaativat tiettyjä materiaaleja, kun taas toiset eivät. Olen tarjonnut joitakin suosikkisivustoistani minitietokoneen asentamiseen tiettyjen materiaalien perusteella, joita sinulla saattaa olla tai ei ole. Valitse sinulle parhaiten sopiva.

Paras aloittelijan opas Pi Zero W: lle:

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

*Tämä opas sisältää kaikki Pi Zero W: n perusasiat, mukaan lukien laitteiston ja käyttöjärjestelmän (käyttöjärjestelmän) esittelyn. HUOMAUTUS: Jos sinulla ei ole pääsyä tietokoneen näyttöön ja mini-HDMI-kaapeliin, lue kohta "Käyttöjärjestelmän asentaminen"

Paras päätön (ilman pääsyä tietokoneen näyttöön) asennusopas Pi Zero W: lle:

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

*Tämä sivusto tarjoaa sinulle suuren oppaan käyttöjärjestelmän määrittämiseen ilman näyttöä. HUOMAUTUS: Tämä sivusto vaatii Mac OS -käyttöjärjestelmän. Jos sinulla on Windows, käytä tätä verkkosivustoa:

Paras Headless ja Offline (ei Wifi -yhteyttä) asennusopas Pi Zero W: lle:

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

*Tämä sivusto (jonka on myös tehnyt desertbot.io) antaa sinulle oppaan siitä, miten hakkeroida käyttöjärjestelmän asennus ilman näyttöä tai jopa wifi -yhteyttä. HUOMAUTUS: Tämä sivusto vaatii myös Mac OS -käyttöjärjestelmän.

TÄRKEÄ:

Kirjoita muistiin Pi Zero W: n isäntänimi, kirjautumistunnus ja salasana asennuksen jälkeen, koska käytämme sitä etäkirjautumiseen Pi Zero W -laitteeseen. salasana on raspberrypi ja oletuskirjautumistunnus on pi.

Vaihe 4: Asenna ohjelmiston käyttöliittymä

1. Virta Pi Zero W: lle Micro-USB-kaapelilla.

2. SSH (etäkirjautuminen) Raspberry Pi -laitteeseen kannettavan tietokoneen avulla:

Windows Putty:

1. Kirjoita isäntänimeksi [HOSTNAME].local, napsauta Yhteystyyppi -kohdan SSH -painiketta ja paina Avaa.
2. Anna kirjautumistunnuksesi ja salasanasi pyydettäessä.

Mac -pääte:

1. Kirjoita tämä komento terminaaliin ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Anna salasana pyydettäessä.

*** HUOMAUTUS: Seuraava vaihe kestää ~ 10 tuntia. Siitä tulee pitkä aika. Joten kun pääset vaiheeseen 3.9., Ole valmis odottamaan… paljon. Mutta valoisalta puolelta sinulle annetaan aikaa tehdä joitakin tuottavia asioita. Voit esimerkiksi mennä eteenpäin ja seurata Netflix -ohjelmiasi, katsella koko Star Wars -saaa tai jopa työskennellä eteenpäin tässä Instructables -ohjelmassa. Päätös on sinun. Mitä tahansa se onkin, toivottavasti viihdyt!

3. Määritä OpenCV (Computer Vision) SSH: n CLI: ssä (komentoriviliitäntä) antamalla seuraavat komennot:

** Huomautus: Jos CLI pyytää sinua milloin tahansa "Haluatko jatkaa?", Kirjoita 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

*** Kuvat osoittavat, että olen luonut päähakemiston, joka sisältää kloonatun opencv -hakemiston, mutta olen hylännyt sen vaiheiden helpottamiseksi …

git -klooni

cd opencv/

mkdir rakentaa

cd rakentaa/

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

tehdä

sudo tehdä asennus

CD

4. Lataa ja pura kannettavan tietokoneen picroscope.zip -kansio. Siirrä sitten kansio Pi Zero W: hen:

Windows WinSCP: *Kuva 6

1. Kirjoita isäntänimeksi [HOSTNAME].local, kirjoita käyttäjänimesi ja salasanasi pyydettäessä, valitse SFTP for File Protocol ja napsauta Kirjaudu.
2. Etsi ja vedä kansio kannettavan tietokoneen asemalta ohjelman vasemmalta puolelta oikealle, missä kotihakemisto on Pi Zero W: lle.

Mac -pääte: *Kuva 7

1. Napsauta päätelaitteesi plusmerkkiä uuden välilehden/istunnon luomiseksi.
2. Kirjoita komento sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Anna salasana pyydettäessä.
4. Selvitä kannettavan tietokoneen kansion sijaintipolku ja kirjoita komento pwd päätelaitteesi ssh -välilehdelle selvittääksesi Pi Zero W: n kotihakemistopolku. Kopioi nämä polut pyydettäessä seuraavassa vaiheessa.
5. Kirjoita komento put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Tarkista seuraavat komennot tarkistaaksesi, toimiiko OpenCV ja voitko käyttää sitä Pythonissa: *Kuva 8

CD

python tuonti cv2

Jos saat virheen, suorita vianetsintä Internetin avulla. Jos kaikki muu epäonnistuu, kirjoita alla olevaan foorumiin, jotta Instructables -yhteisö ja minä voimme yrittää auttaa.

Jos sinulla ei ole virheitä, OpenCV toimii! JOO! Voit kirjoittaa seuraavan komennon sulkeaksesi Python CLI: n:

poistu ()

Voit lopulta sammuttaa Pi Zero W: n tällä komennolla:

sudo sammuu nyt

Irrota USB -kaapeli Pi Zero W: stä.

Vaihe 5: Lisää suurennusoptiikka

*** Muista hankkia kaikki 3D-tulostetut ja optiset osat ennen kuin jatkat tähän vaiheeseen…

1. Kerää 3-D-painettu kamera ja CCTV-objektiivin pidike (Cam+-objektiivin pidike), CCTV-objektiivi ja lukkorengas. *Kuva 1

2. Suuntaa CCTV -objektiivi siten, että pienempi linssi osoittaa ylöspäin. *Kuva 2

3. Aseta suunnattu CCTV -objektiivi linssipidikkeen lieriömäiseen reikään.

4. Työnnä CCTV -objektiivi varovasti linssipidikkeen pyöreän aukon läpi. *Kuva 3

5. Aseta lukitusrengas CCTV -objektiivin päälle. *Kuva 4

6. Kierrä lukkorengas puoliväliin CCTV-objektiiviin. *Kuva 5

7. Vedä CCTV -objektiivia varovasti alaspäin, kunnes lukkorengas kiinnittyy objektiivin pidikkeen yläosaan. *Kuva 6

Vaihe 6: Rakenna rakenne

1. Kerää LED -valaistusjalusta, kaksi rakenteellista seinää ja neljä kahdeksasta suuresta kiinnikkeestä. *Kuva 1

2. Aseta LED -valaistusjalusta tasaisesti työpöydän päälle. *Kuva 2

3. Valitse yksi rakenteellisista seinistä ja aseta paksumpi kahdesta suorakulmaisesta saranasta (korostettu *Kuva 1) alustan päälle niin, että reiät ovat linjassa minkä tahansa kahden neljästä pohjareiästä.

4. Kiinnitä rakenteellinen seinä pohjaan kahdella kiinnikkeellä.

5. Toista vaiheet 3-4 toisen seinän kohdalla. *Kuva 3

6. Kerää kamera+objektiivin pidike CCTV -objektiivin ja muiden 4 ison kiinnittimen kanssa. *Kuva 4

7. Kohdista kamera+linssipidike rakenteellisten seinien yläsaranoiden päälle niin, että CCTV -objektiivi on alustaan päin.

8. Kiinnitä pidike seiniin suurilla kiinnikkeillä. *Kuva 5

Laita rakenne sivuun, kun asennamme Raspberry Pi: tä ja kameraa.

Vaihe 7: Kameran asetukset

Kameran optinen säätö:

1. Ruuvaa kameran linssi irti 3D-tulostetusta linssinpoistajasta. *Kuva 1 ja 2
2. Poista kuuman peilin lasisuodatin varovasti kamerasta. *Kuva 3
3. Säilytä linssi ja lasisuodatin turvallisessa ja kuivassa säilytysyksikössä (eli muovipussissa).

Kameran liittäminen Pi Zero W: hen:

1. Kerää kamera, Raspberry Pi Zero W ja CSI -kaapeli. *Kuva 4
2. Avaa kameran CSI -portti sekä Raspberry Pi: n CSI -portti. *Kuva 5
3. Liitä CSI -kaapelin molemmat päät CSI -portteihin niiden koon perusteella. *Kuva 6
4. Sulje CSI -portit.

Vaihe 8: Asenna kameran käyttöliittymä Pi Zero W: lle

1. Virta Pi Zero W: lle Micro-USB-kaapelilla.

2. SSH osaksi Pi Zero W, kuten tavallista (vaihe 3 viitteenä)

3. Ota kameran käyttöliittymä käyttöön Pi Zero W -laitteessa komentojen mukaisesti:

1. Kirjoita sudo raspi-config CLI: hen
2. Valitse "5 liitäntävaihtoehtoa"
3. Valitse "P1 -kamera"
4. Valitse "Kyllä", kun sinulta kysytään, pitäisikö kameran ottaa käyttöön
5. Valitse "Kyllä", kun sinua pyydetään käynnistämään Pi Zero W uudelleen

4. SSH uudelleen Pi Zero W: hen

5. Suorita komennot ladataksesi python-käyttöliittymän kameran ja helppokäyttöisen palvelimen kanssa:

sudo pip asenna picamera

sudo pip asenna pullo

7. Testaa, toimiiko kamera seuraavasti:

cd pikroskooppi

python LiveStream.py

1. Avaa verkkoselain ja kirjoita URL -palkkiin: [HOSTNAME].local: 5000
2. Sinun pitäisi pystyä näkemään kameran suora lähetys. Suora lähetys on epäselvä, koska kamerassa ei ole objektiivia, mutta älä huoli siitä. Kamera on täysin toimiva Picroscopea varten! JOO!

8. Sammuta Pi Zero W ja irrota sekä Micro-USB- että CSI-kaapelit.

Vaihe 9: Laitteiston lopullinen asennus (valmis… Aseta… Juotos!)

*** Jos olet alle 16 -vuotias, JUOTA aikuisen valvonnassa!

Juotosotsikkotapit Pi Zero W: lle:

1. Kerää Pi Zero W, juotosarja ja GPIO -urospistoke nastat.
2. Aseta otsikkotappien lyhyempi pää Pi Zero W: n etuosan läpi. *Kuva 1
3. Juotos 40 nasta varovasti juotosraudasarjasi avulla. Jos et ole koskaan juottanut ennen, suosittelen, että tutustut tähän mahtavaan oppaaseen (sisältää loistavan videon aloittelijoille): https://learn.sparkfun.com. *Kuva 2
4. Säilytä juotosraudasi seuraavaan vaiheeseen. Irrota se kuitenkin, jos sinulla ei ole seuraavan asennuksen materiaaleja.

LED -valaistuksen asetukset (PÄIVITYS: nyt tarvitaan langan irrotus ja juotos):

1. Kerää 2 naaraspuolista naarashyppyjohtoa, Pi Zero W, yksi 100 ohmin vastus, yksi hajautettu LED. *Kuva 3
2. Irrota hyppyjohtimen liitin saksilla ja kuori kummankin hyppyjohtimen toinen pää saksilla tai langanpoistimella. *Kuva 4
3. Juotos yksi hyppyjohdin hajautetun LED -valon lyhyeen johtoon.
4. Juotta vastus hajautetun LED -valon pitkälle johdolle ja vastuksen toinen pää toiselle irrotetulle johtimelle.
5. Kytke hyppyjohdin, joka on juotettu LEDin lyhyeen johtimeen, Pi Zero W: n nastaan 6.
6. Puhdistus juottamisen jälkeen. Juotoslaitteita ei enää tarvita.
7. Käynnistä Pi Zero W Micro-USB: llä.
8. Liitä toinen hyppyjohdin Pi Zero W: n nastaan 2. LED -valon pitäisi syttyä! JOO!
9. Irrota Pi Zero W: n ja Micro-USB: n liitännät.
10. Säilytä kaikki nämä materiaalit lopullista asennusta varten.

Lopullinen asennus:

1. Kerää nyt kolmiulotteinen painettu rakenne, kamera, CSI-kaapeli, kameran kiinnikkeet, pienet dia- ja suuret dia-lokerot.
2. Aseta kamera kameran ja objektiivin pidikkeen päälle ja kiinnitä se kameran kiinnikkeillä. *Kuva 8
3. Kiinnitä Pi Zero W johonkin rakenteelliseen seinään käyttämällä seinillä olevaa 40 -nastaista reikäjärjestelmää. *Kuva 9
4. Liitä CSI -kaapeli kameraan ja Pi Zero W -laitteeseen. *Kuva 10
5. Aseta joko pienet tai suuret liukualustat rakenteellisten seinien rakoihin.
6. Kytke lopuksi hyppyjohdot ja LED takaisin Raspberry Pi Zero W. -laitteeseen. *Kuva 11

ONNITTELUT! Olet rakentanut Picroskoopin! Ota siitä kuva ja laita alle!

Vaihe 10: Tee Picroscopic World

1. Virta Pi Zero W: lle Micro-USB-kaapelilla.

2. SSH osaksi Pi Zero W.

3. Kerää yksi mikroskooppilevyistä ja aseta objektilasille hyvin pieni esine, kuten hiuslanka.

4. Aseta pala teippiä esineeseen niin, että se kiinnittyy luistiin. Tämä auttaa kohteen tarkentamisessa.

4. Liu'uta mikroskooppi Liu'uta Picroskoopin lokeroiden läpi.

5. Testaa, toimiiko Picroscope seuraavien komentojen avulla:

1. Kirjoita: cd picroscope
2. Kirjoita: python LiveStream.py
3. Säädä kuvan tarkennusta kiertämällä CCTV-objektiivia varovasti joko myötä- tai vastapäivään. *Kuva 1

6. Näet nyt hiustesi mikroskooppisen (4x) kuvan! Kokeile muita mikroskooppisia esineitä tai jopa eläviä olentoja, kuten pieniä vikoja.

*Muista olla varovainen käsitellessäsi Picroskooppia ja mikä tärkeintä, pidä hauskaa!

Vaihe 11: Euglena World

Lisämateriaalit mikroskooppiseen elävään maailmaan

★ Pipetit ja Euglena Gracilis (10.75):

★ Vaseliini (2.40):

★ Mikroskoopin diat ja kansilevyt

★ Kaksipuolinen kirkas teippi

★ Sharpie

Euglenan maailman rakentaminen

1. Leikkaa teippilaitteesta kaksi erittäin pientä nauhaa kaksipuolista teippiä.

2. Aseta teippi kansilevyn vastakkaisille reunoille.

3. Kiinnitä peitelasi mikroskoopin luistin keskelle.

4. Pipetoi hieman purkista Euglena Gracilis -vettä.

5. Lisää tippa pipettivettä kansilevyn reunaan ilman teippiä. Varmista, että peitelasin alla oleva alue on peitetty vedellä.

7. Puhdista luistin ylimääräinen vesi paperipyyhkeellä.

8. Lisää hieman vaseliinia kansilehtien reunoille. Hyytelön lisäämiseen on parasta käyttää vanupuikkoa, koska hyytelö auttaa vettä haihtumaan.

9. Kirjoita terävällä näytteellä nimi ja päivämäärä jonnekin diaan. Tämä on viitteellinen ja hyvä laboratoriokäytäntö.

10. Euglena World on valmis! Tarkista se Picroskoopin alta!

Lue Euglenan hämmästyttävistä fototaktisista kyvyistä:

Yllä olen lisännyt pari videota, jotta voisin nähdä, mitä voit tehdä Euglena Worldin ja kuvankäsittelyohjelmien kanssa.

Vaihe 12: Huutaminen ja yhteistyö

Kiitos paljon Stanfordin yliopiston Riedel-Kruse Labille! Ilman heidän tukeaan ja ohjaustaan en olisi koskaan voinut suunnitella, suunnitella ja rakentaa tätä mahtavaa projektia! Tutustu heidän hienoon interaktiiviseen biotekniikkatutkimukseensa täällä:

Kiitos ja huuto:

--- Kiitos professori Ingmar Riedel-Kruselle, että annoitte minun työskennellä laboratoriossa tänä kesänä!

--- Kiitos Honestylle siitä, että olet hämmästyttävä mentori ja ystävä. Olit aina paikalla opastamassa minua samalla kun annoit minulle mahdollisuuden suunnitella omia mallejani ja vastata ongelmiini.

--- Kiitos Pietarille, että hän oli toinen mahtava mentori ja ystävä.

--- Kiitos kaikille Riedel-Kruse Labin jäsenille, jotka auttoivat minua erityisissä ja teknisissä kysymyksissä.

--- S/O ja valtava kiitos perheelleni aina kannustamisesta ja tuesta!

Jos olet kiinnostunut yhteistyöstä kanssani, kirjoita alla foorumille! Paina myös suosikkipainiketta äläkä unohda äänestää minua!

Seuraa minua Twitterissä @RiksEddy nähdäksesi mitä muuta teen!

Parhaat toivotukset tuleville pyrkimyksillesi, Rik

Ensimmäinen palkinto Raspberry Pi -kilpailussa 2017