Picroscope: Billigt interaktivt mikroskop: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej og velkommen!

Mit navn er Picroscope. Jeg er et overkommeligt DIY, RPi-drevet mikroskop, der giver dig mulighed for at oprette og interagere med din helt egen mikroverden. Jeg er et fantastisk praktisk projekt for en person, der er interesseret i bioteknologi og verdener inden for mikrobiologi, optik eller DIY-elektronik. Jeg kan bygges af stort set alle, uanset alder eller færdighedsniveau. Uanset om du er en mellemskole, der leder efter et fedt videnskabsprojekt, en gymnasieelev i en biologiklasse, en maker i din garage eller endda en videnskabsmand, der laver eksperimenter i biofysik, er mit mål at hjælpe dig med bedre at forstå den mikroskopiske verden, der omgiver du. Ved hjælp af et par elektroniske komponenter og en 3D-printer kan jeg bygges inden for en dag og et budget på 60 dollar!

Hvis du er nået så langt, betyder det, at du er interesseret i at lave en af mig! Ja! Lad os komme igang!

Trin 1: Materialer og omkostninger ($)

Mikrobiologien i mikroskopet bringer liv til din mikroverden:

★ Mikroskopglas og dækglas (6,78 USD)

★ Klar ensidig tape

Mikroskopets optik forstørrer din mikroverden:

★ CCTV -objektiv (3,25 USD)

★ CCTV -objektivlåsering (1,25 USD)

Mikroskopets elektronik fører dig til din mikroverden:

★ Bærbar eller stationær computer med Mac OS eller Windows*

*Windows kræver PuttySoftware og WinSCP-software, mens Mac bruger det forudinstallerede Terminal-program

★ Raspberry Pi Zero W (10.00 USD) - BEGRÆNSET TIDSBUD: Micro -center har 5 USD Pi Zero W!

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

ELLER

RaspPi Zero W -kamerapakke med 8MP RaspPi -kamera (44,95 USD)

★ GPIO Male Header (.95 USD)

★ 8+ GB SD -kort (6,98 USD)

★ 120 pakke jumperwires (6,98 USD) - fundet i Makerspaces - *Du vil ikke bruge alle 120, men det gør aldrig ondt at have ekstra, billige jumperwires!

★ Saks ELLER Wire Stripper/Cutter (6,98 USD)

★ 20 pakker med 100 Ohm modstande (0.95 USD)

★ Spredt LED (0,50 USD) - Køb et par ekstra til backup, hvis det er muligt

★ Micro USB (2,99 USD) - Findes i de fleste hjem

★ Loddejern Kit (9,85 USD) - Fundet i Makerspaces

De 3D-trykte dele af mikroskopet understøtter din mikroverden:

★ 3D-trykte strukturelle komponenter (8-12 USD)-Zip-fil i trin 2

*** VIGTIGT: Køb alt materiale inden du bygger! Læs også hvert trin omhyggeligt for mere specifik information om materialer.

Trin 2: 3D-udskrivning

1. Download STL_FIles.zip på din computer, og pak filerne ud i en mappe.

2. Udskriv delene med din egen 3D-printer ELLER brug en af de pålidelige online 3D-udskrivningstjenester, der er angivet nedenfor.

3. VIGTIGT: Brug følgende liste til at vide, hvor mange af hver del du skal udskrive:

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

Foreslåede online 3D-udskrivningstjenester

Trusted Service brugt af mig - Maker Tree 3 -D:

1. Besøg https://www.makertree3d.com/ på din computer.

2. Opret en konto på Maker Tree 3D.

3. Log ind på din konto.

4. Klik på 3D-udskrivningstjenester, og vælg Upload filer til 3D-udskrivning.

5. Upload alle STL -filer fra din udpakkede mappe.

6. Skift mængder af hver del baseret på det VIGTIGE trin #3.

7. Du kan vælge mellem PLA eller ABS til dit materiale. Selvom PLA er billigere, er ABS mere robust og giver ekstra støtte. Enten materiale vil fungere til dit mikroskop, men hvis dit budget tillader det, skal du vælge ABS.

8. Dåse dåser kan sendes for under $ 10 og inden for 3-5 hverdage, når du vælger standard forsendelse.

Trusted Service (Inkluderer internationale forsendelsesservices) - 3 -D Hubs:

1. Besøg https://www.3dhubs.com/ på din computer.

2. Opret en konto på 3D Hubs. Hvis du har en elev -e -mail, skal du bruge e -mailen til din konto og få 25% rabat på din ordre.

3. Log ind på din konto.

4. Klik på Bestil tilpassede dele, og vælg 3D-udskrivning.

5. Upload alle STL -filer fra din udpakkede mappe.

6. Skift mængder af hver del baseret på det VIGTIGE trin #3.

7. Du kan vælge mellem PLA eller ABS til dit materiale. Selvom PLA er billigere, er ABS mere robust og giver ekstra støtte. Enten materiale vil fungere til dit mikroskop, men hvis dit budget tillader det, skal du vælge ABS.

8. Dåse dåser kan sendes for under $ 10 og inden for 3-5 hverdage, når du vælger standard forsendelse.

Trin 3: Opsætning af Raspberry Pi Zero W

*** Husk at have alle dine elektroniske dele, før du fortsætter …

Der er flere måder at konfigurere Raspberry Pi Zero W. Nogle kræver visse materialer, mens andre ikke gør det. Jeg har givet nogle af mine yndlingswebsteder til opsætning af minicomputeren baseret på visse materialer, som du måske eller måske ikke har. Vælg den, der er bedst for dig.

Bedste begynderguide til Pi Zero W:

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

*Denne vejledning indeholder alt det grundlæggende om Pi Zero W, herunder en introduktion til hardware og opsætning af operativsystemet (operativsystemet). BEMÆRK: Hvis du ikke har adgang til en computerskærm og og et mini-til-HDMI-kabel, skal du læse op til "Installation af operativsystemet"

Bedste hovedløse (ingen adgang til en computerskærm) installationsvejledning til Pi Zero W:

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

*Dette websted giver dig en god guide til, hvordan du konfigurerer operativsystemet uden at skulle bruge en skærm. BEMÆRK: Dette websted kræver, at du har et Mac OS. Hvis du har Windows, skal du bruge dette websted:

Bedste hovedløse og offline (ingen wifi -forbindelse) installationsguide til Pi Zero W:

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

*Dette websted (også lavet af desertbot.io) giver dig en guide til, hvordan du hacker dig ind i opsætning af operativsystemet uden at skulle bruge en skærm eller endda en wifi -forbindelse. BEMÆRK: Dette websted kræver også, at du har et Mac OS.

VIGTIG:

Noter din Pi Zero Ws værtsnavn, login -brugernavn og adgangskode, efter at du har konfigureret det, fordi vi vil bruge det til at logge ind på Pi Zero W. password er raspberrypi og standard login brugernavn er pi.

Trin 4: Opsætning af softwareinterface

1. Tænd for Pi Zero W ved hjælp af Micro-USB-kablet.

2. SSH (Remote Login) i Raspberry Pi ved hjælp af din bærbare computer:

Til Windows Putty:

1. Indtast [HOSTNAME].lokalt for værtsnavnet, klik på SSH -knappen for forbindelsestype, og tryk på Åbn.
2. Indtast dit login -brugernavn og adgangskode, når du bliver bedt om det.

Til Mac Terminal:

1. Indtast denne kommando i Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Indtast din adgangskode, når du bliver bedt om det.

*** BEMÆRK: Det følgende trin vil tage ~ 10 timer at fuldføre. Det bliver lang tid. Så når du kommer til trin 3.9., Så vær klar til at vente … meget. Men på den lyse side får du lidt tid til at gøre nogle produktive ting. For eksempel kan du gå i gang med dine Netflix -shows, se hele Star Wars -sagaen eller endda arbejde videre i denne Instructables. Det er dit valg. Uanset hvad det måtte være, håber jeg, at du har det sjovt!

3. Indtast følgende kommandoer for at konfigurere OpenCV (Computer Vision) i CLI (Command Line Interface) på SSH:

** Bemærk: Hvis CLI til enhver tid spørger dig "Vil du fortsætte?", Skal du indtaste 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

*** Billeder viser, at jeg har lavet en forældremappe, der indeholder det klonede opencv -bibliotek, men jeg har kasseret det fra trinene for at gøre tingene lidt lettere …

git -klon

cd opencv/

mkdir build

cd build/

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

lave

sudo foretag installation

cd

4. Download og udpak picroscope.zip -mappen på din bærbare computer. Overfør derefter mappen til Pi Zero W:

For Windows WinSCP: *Billede 6

1. Indtast [HOSTNAME].lokal for værtsnavnet, indtast dit login -brugernavn og adgangskode, når du bliver bedt om det, vælg SFTP til File Protocol, og klik på Login.
2. Find og træk mappen fra din bærbare computers drev til venstre for programmet til højre, hvor din hjemmekatalog er til Pi Zero W.

Til Mac Terminal: *Billede 7

1. Klik på plustegnet på din Terminal for at oprette en ny fane/session.
2. Indtast kommandoen sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Indtast din adgangskode, når du bliver bedt om det.
4. Find placeringsstien for din mappe på din bærbare computer, og indtast kommandoen pwd i fanen ssh på din terminal for at finde hjemmekatalogstien til din Pi Zero W. Kopier disse stier, når du bliver bedt om det i næste trin.
5. Indtast kommandoen put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Indtast følgende kommandoer for at kontrollere, om OpenCV fungerer, og om du kan bruge det i Python: *Billede 8

cd

python import cv2

Hvis du får en fejl, skal du fejlfinde brugen af internettet. Hvis alt andet fejler, skal du skrive nedenfor på forummet, så Instructables -fællesskabet og jeg kan prøve at hjælpe.

Hvis du ikke har nogen fejl, fungerer OpenCV! YEAH! Du kan indtaste følgende kommando for at lukke Python CLI:

Afslut()

Du kan endelig slukke din Pi Zero W med denne kommando:

sudo lukning nu

Afbryd USB -kablet fra Pi Zero W.

Trin 5: Tilføj forstørrelsesoptikken

*** Husk at have alle dine 3D-printede og optiske dele, før du fortsætter til dette trin …

1. Saml det 3D-trykte kamera og CCTV-objektivholderen (Cam+Lens Holder), CCTV-objektivet og låseringen. *Billede 1

2. Ret CCTV -objektivet, så det mindre objektiv vender opad. *Billede 2

3. Indsæt det orienterede CCTV -objektiv i objektivholderens cylindriske hul.

4. Skub forsigtigt CCTV -objektivet gennem den cirkulære åbning i objektivholderen. *Billede 3

5. Sæt låseringen oven på CCTV -objektivet. *Billede 4

6. Skru låseringen halvvejs ind i CCTV-objektivet. *Billede 5

7. Træk forsigtigt CCTV -objektivet nedad, indtil låseringen fastgøres til toppen af objektivholderen. *Billede 6

Trin 6: Byg strukturen

1. Saml LED -belysningsbasen, de 2 strukturelle vægge og 4 af de 8 store fastgørelseselementer. *Billede 1

2. Placer LED -belysningsbasen fladt oven på arbejdsbordet. *Billede 2

3. Vælg en af strukturvæggene, og anbring den tykkere af de to retvinklede hængsler (fremhævet på *Billede 1) oven på basen, så hullerne flugter med to af de fire bundhuller.

4. Fastgør konstruktionsvæggen i bunden ved hjælp af to af fastgørelseselementerne.

5. Gentag trin 3-4 for den anden væg. *Billede 3

6. Saml kameraet+objektivholderen med CCTV -objektivet og de andre 4 store fastgørelseselementer. *Billede 4

7. Juster kameraet+objektivholderen oven på strukturvæggenes øverste hængsler, så CCTV -objektivet vender mod basen.

8. Fastgør holderen på væggene ved hjælp af de store fastgørelseselementer. *Billede 5

Læg strukturen til side, mens vi opsætter Raspberry Pi og kamera.

Trin 7: Kameraopsætning

Optisk justering af kamera:

1. Brug 3-D Printed Lens Remover til at skrue objektivet af kameraet af. *Billede 1 og 2
2. Fjern forsigtigt det varme spejlglasfilter i kameraet. *Billede 3
3. Opbevar linsen og glasfilteret i en sikker og tør opbevaringsenhed (dvs. plastpose).

Tilslutning af kameraet til Pi Zero W:

1. Saml kameraet, Raspberry Pi Zero W og CSI -kabel. *Billede 4
2. Åbn kameraets CSI -port, samt Raspberry Pi's CSI -port. *Billede 5
3. Tilslut de to ender af CSI -kablet til CSI -portene baseret på deres størrelser. *Billede 6
4. Luk CSI -portene.

Trin 8: Opsætning af kamerainterface på Pi Zero W

1. Tænd for Pi Zero W ved hjælp af Micro-USB-kablet.

2. SSH ind i Pi Zero W, som sædvanligt (trin 3 til reference)

3. Følg kommandoerne for at aktivere kameragrænsefladen på Pi Zero W:

1. Indtast sudo raspi-config i CLI
2. Vælg "5 grænsefladeindstillinger"
3. Vælg "P1 kamera"
4. Vælg "Ja", når du bliver spurgt, om kameraet skal aktiveres
5. Vælg "Ja", når du bliver bedt om at genstarte Pi Zero W

4. SSH ind i Pi Zero W igen

5. Kør kommandoer for at downloade pythons grænseflade med kameraet og brugervenlig server:

sudo pip installer picamera

sudo pip installere kolbe

7. Følg disse trin og kommandoer for at teste, om kameraet fungerer:

cd -mikroskop

python LiveStream.py

1. Åbn en webbrowser, og indtast følgende i URL -linjen: [HOSTNAME].lokal: 5000
2. Du skal kunne se en livestream af dit kamera. Livestreamen bliver sløret, fordi kameraet ikke har noget objektiv, men du skal ikke bekymre dig om det. Dit kamera er fuldt funktionelt til mikroskopet! YEAH!

8. Luk Pi Zero W af, og afbryd både Micro-USB- og CSI-kablerne.

Trin 9: Endelig hardwareopsætning (klar … Indstil … Lodning!)

*** Hvis du er UNDER 16 år, bedes du lodde med voksen tilsyn!

Lodning Header Pins til Pi Zero W:

1. Saml din Pi Zero W, lodningssæt og GPIO hanhovedstifter.
2. Placer den kortere ende af Header Pins gennem forsiden af Pi Zero W. *Billede 1
3. Lod forsigtigt de 40 ben med dit loddejernssæt. Hvis du aldrig har loddet før, foreslår jeg, at du tager et kig på denne fantastiske vejledning (indeholder en fantastisk video for begyndere): https://learn.sparkfun.com. *Billede 2
4. Gem dit loddejern til næste trin. Afbryd det dog, hvis du ikke har den næste opsætnings materialer.

Opsætning af LED -belysning (UPDATE: Trådstribering og lodning nu påkrævet):

1. Saml 2 hun-til-hun-jumperledninger, Pi Zero W, en 100-Ohm modstand, en diffust LED. *Billede 3
2. Fjern jumper wire -stikket med en saks, og fjern den ene ende af hver jumper wire med en saks eller en wire stripper. *Billede 4
3. Lod en Jumper Wire til den korte ledning af Diffused LED.
4. Lod lodmodstanden til den lange ledning af den diffust LED og den anden ende af modstanden til den anden afisolerede ledning.
5. Tilslut Jumper Wire, der er loddet, til LED'ens korte ledning til Pin 6 på Pi Zero W. *Billede 7 til reference
6. Oprydning, når du er færdig med lodning. Loddeudstyret er ikke længere nødvendigt.
7. Tænd for Pi Zero W med Micro-USB.
8. Tilslut den anden Jumper Wire til Pin 2 på Pi Zero W. LED'en skal lyse! YEAH!
9. Frakobl jumperledningerne, der er tilsluttet Pi Zero W og Micro-USB.
10. Gem alle disse materialer til den sidste opsætning.

Endelig opsætning:

1. Saml nu din 3D-trykte struktur, kamera, CSI-kabel, kamerafastgørelser, små diasbakker og store diasbakker.
2. Placer kameraet oven på kameraet+objektivholderen, og fastgør det med kamerafastgørelserne. *Billede 8
3. Monter Pi Zero W på en af de strukturelle vægge ved hjælp af 40 -pin hularrayet på væggene. *Billede 9
4. Tilslut CSI -kablet til kameraet og Pi Zero W. *Billede 10
5. Indsæt enten de små eller store diasbakker i slidserne på strukturvæggene.
6. Tilslut til sidst jumperkablerne og LED'en tilbage til Raspberry Pi Zero W. Placer LED'en i benholderen på belysningsbasen. *Billede 11

TILLYKKE! Du har bygget dit mikroskop! Tag et billede af det og post herunder!

Trin 10: Lav din mikroskopiske verden

1. Tænd for Pi Zero W ved hjælp af Micro-USB-kablet.

2. SSH ind i Pi Zero W.

3. Saml et af mikroskopglasene, og placer et meget lille objekt på objektglasset, f.eks. En hårstreng.

4. Læg et stykke tape på objektet, så det fastgøres til objektglasset. Dette hjælper med at fokusere objektet.

4. Skub mikroskopet Skub gennem bakkerne på dit mikroskop.

5. Følg disse kommandoer for at teste, om mikroskopet fungerer:

1. Indtast: cd picroscope
2. Indtast: python LiveStream.py
3. Juster fokus på dit billede ved forsigtigt at dreje CCTV-objektivet enten med eller mod uret. *Billede 1

6. Du kan nu se det mikroskopiske (4x) billede af din hårstreng! Prøv andre mikroskopiske objekter eller endda levende ting, såsom små bugs.

*Husk at være forsigtig, når du håndterer mikroskopet, og endnu vigtigere, have det sjovt!

Trin 11: Euglena World

Yderligere materialer til en mikroskopisk leveverden

★ Pipetter og Euglena Gracilis (10,75):

★ vaselin (2.40):

★ Mikroskop dias og dækglas

★ Dobbeltsidet klar tape

★ Sharpie

Bygger en Euglena -verden

1. Skær to ekstremt små strimler dobbeltsidet tape af tapedispenseren.

2. Placer tapen på modsatte kanter af et dækglas.

3. Stick dækglasset på midten af objektglaset.

4. Pipetter lidt af Euglena Gracilis -vandet fra krukken.

5. Sæt en dråbe pipettevand i kanten af dækglasset uden tape. Sørg for at sikre, at hele området under dækglasset er dækket med vand.

7. Brug et køkkenrulle til at rydde op i ekstra vand på objektglasset.

8. Tilsæt en lille smule vaseline til dækglasens kanter. Det er bedst at bruge en vatpind til at tilføje geléen, da geléen hjælper vandet med at fordampe.

9. Brug en sharpie til at skrive navnet på din prøve og datoen et sted på diaset. Dette er til reference og er en god laboratoriepraksis.

10. Din Euglena World er klar! Tjek det under dit mikroskop!

Læs mere om de fantastiske fototaktiske evner ved Euglena:

Ovenfor har jeg tilføjet et par videoer for at give et glimt af, hvad du vil kunne gøre med Euglena World og billedbehandlingsprogrammerne.

Trin 12: Råb outs og samarbejde

Mange tak til Riedel-Kruse Lab ved Stanford University! Uden deres støtte og mentorskab havde jeg aldrig været i stand til at konceptualisere, designe og bygge dette fantastiske projekt! Tjek al deres seje interaktive bioteknologiske forskning her:

Tak og råb:

--- Tak til professor Ingmar Riedel-Kruse for at jeg fik lov at arbejde i dit laboratorium i sommer!

--- Tak til ærlighed for at være en fantastisk mentor og ven. Du var altid der for at guide mig, mens du også gav mig mulighed for at komme med mine egne designs og svar på problemer.

--- Tak til Peter for at være endnu en AWESOME mentor og ven.

--- Tak til alle medlemmerne på Riedel-Kruse Lab for at hjælpe mig med specifikke og tekniske spørgsmål.

--- S/O og kæmpe tak til min familie for altid at opmuntre og støtte mig!

Hvis du er interesseret i at samarbejde med mig, bedes du skrive nedenfor på forummet! Tryk også på favorit -knappen, og glem ikke at stemme på mig!

Følg mig på Twitter @RiksEddy for at se, hvad jeg ellers laver !!

De bedste ønsker for dine fremtidige bestræbelser, Rik

Første præmie i Raspberry Pi -konkurrencen 2017