Picroscope: Low-Cost Interactive Microscope: 12 Steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Hej och välkommen!

Jag heter Picroscope. Jag är ett prisvärt, DIY, RPi-drivet mikroskop som låter dig skapa och interagera med din alldeles egna mikrovärld. Jag är ett fantastiskt praktiskt projekt för någon som är intresserad av bioteknik och mikrobiologi, optik eller DIY-elektronik. Jag kan byggas av i stort sett vem som helst, oavsett ålder eller kompetensnivå. Oavsett om du är en mellanstadie som letar efter ett coolt vetenskapsprojekt, en gymnasieelev i en biologiklass, en tillverkare i ditt garage eller till och med en forskare som gör experiment inom biofysik, är mitt mål att hjälpa dig att bättre förstå den mikroskopiska världen som omger du. Med hjälp av några elektroniska komponenter och en 3D-skrivare kan jag byggas inom en dag och en budget på 60 dollar!

Om du har kommit så långt betyder det att du är intresserad av att göra en av mig! Ja! Låt oss börja!

Steg 1: Material och kostnader ($)

Mikrobiologin i mikroskopet ger liv åt din mikrovärld:

★ Mikroskopglas och täckglas (6,78 USD)

★ Klar ensidig tejp

Optiken i mikroskopet förstorar din mikrovärld:

★ CCTV -objektiv (3,25 USD)

★ CCTV -objektivlåsring (1,25 USD)

Mikroskopets elektronik tar dig till din mikrovärld:

★ Bärbar eller stationär dator med Mac OS eller Windows*

*Windows kräver PuttySoftware och WinSCP-programvara, medan Mac använder det förinstallerade Terminal-programmet

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - BEGRÄNSAD TIDSHANDLING: Micro -center har 5 USD Pi Zero W!

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

ELLER

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

★ GPIO Man Header (.95 USD)

★ 8+ GB SD -kort (6,98 USD)

★ 120 paket bygeltrådar (6,98 USD) - Finns i Makerspaces - *Du kommer inte att använda alla 120, men det gör aldrig ont att ha extra, billiga bygeltrådar!

★ sax ELLER trådavdragare/skärare (6,98 USD)

★ 20 -pack med 100 Ohm -resistorer (0.95 USD)

★ Diffust LED (0,50 USD) - Köp om möjligt ett par extra för backup

★ Micro USB (2,99 USD) - Finns i de flesta hem

★ Kit för lödkolv (9,85 USD) - Finns i Makerspaces

De 3D-tryckta delarna av mikroskopet stöder din mikrovärld:

★ 3D-utskrivna strukturella komponenter (8-12 USD)-Zip-fil i steg 2

*** VIKTIGT: Köp allt material innan du bygger! Läs också noga igenom varje steg för mer specifik information om material.

Steg 2: 3D-utskrift

1. Ladda ner STL_FIles.zip på din dator och packa upp filerna till en mapp.

2. Skriv ut delarna med din egen 3D-skrivare ELLER använd en av de pålitliga 3D-utskriftstjänsterna nedan.

3. VIKTIGT: Använd följande lista för att veta hur många av varje del du behöver skriva ut:

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

Föreslagna 3D-utskriftstjänster online

Trusted Service som används av mig - Maker Tree 3 -D:

1. Besök https://www.makertree3d.com/ på din dator.

2. Skapa ett konto på Maker Tree 3D.

3. Logga in på ditt konto.

4. Klicka på 3D-utskriftstjänster och välj Ladda upp filer för 3D-utskrift.

5. Ladda upp alla STL -filer från din uppackade mapp.

6. Ändra mängderna för varje del baserat på VIKTIGT steg #3.

7. Du kan välja mellan PLA eller ABS för ditt material. Även om PLA är billigare, är ABS mer robust och ger extra stöd. Antingen material kommer att fungera för ditt mikroskop, men om din budget tillåter, välj ABS.

8. Delar burkar kan skickas för under $ 10 och inom 3-5 arbetsdagar när du väljer standard frakt.

Trusted Service (Includes International Shipping Services) - 3D -nav:

1. Besök https://www.3dhubs.com/ på din dator.

2. Skapa ett konto på 3D Hubs. Om du har en student -e -post, använd sedan e -postmeddelandet för ditt konto och få 25% rabatt på din beställning.

3. Logga in på ditt konto.

4. Klicka på Beställ anpassade delar och välj 3D-utskrift.

5. Ladda upp alla STL -filer från din uppackade mapp.

6. Ändra mängderna för varje del baserat på VIKTIGT steg #3.

7. Du kan välja mellan PLA eller ABS för ditt material. Även om PLA är billigare, är ABS mer robust och ger extra stöd. Antingen material kommer att fungera för ditt mikroskop, men om din budget tillåter, välj ABS.

8. Delburkar kan skickas för under $ 10 och inom 3-5 arbetsdagar när du väljer standardfrakt.

Steg 3: Raspberry Pi Zero W Setup

*** Kom ihåg att ha alla dina elektroniska delar innan du fortsätter …

Det finns flera sätt att konfigurera Raspberry Pi Zero W. Vissa kräver vissa material, medan andra inte gör det. Jag har tillhandahållit några av mina favoritwebbplatser för att installera minidatorn baserat på vissa material som du kanske har eller inte har. Välj den som är bäst för dig.

Bästa nybörjarguide till Pi Zero W:

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

*Den här guiden innehåller alla grunderna om Pi Zero W, inklusive en introduktion om hårdvaran och operativsystemet (operativsystem). OBS! Om du inte har tillgång till en datorskärm och en mini-till-HDMI-kabel, läs sedan upp till "Installera operativsystemet"

Bästa huvudlösa (ingen tillgång till en datorskärm) installationsguide till Pi Zero W:

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

*Denna webbplats ger dig en bra guide om hur du konfigurerar operativsystemet utan att behöva en bildskärm. OBS: Denna webbplats kräver att du har ett Mac OS. Om du har Windows, använd den här webbplatsen:

Bästa installationsguide för Headless och offline (ingen wifi -anslutning) till Pi Zero W:

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

*Den här webbplatsen (även gjord av desertbot.io) ger dig en guide om hur du hackar dig in i att konfigurera operativsystemet utan att behöva en bildskärm eller ens en wifi -anslutning. OBS: Denna webbplats kräver också att du har ett Mac OS.

VIKTIG:

Anteckna ditt Pi Zero W: s värdnamn, inloggningsnamn och lösenord efter att du har konfigurerat det eftersom vi kommer att använda det för fjärrloggning till Pi Zero W. Om du inte ändrar någon av dessa uppgifter, kom ihåg att standardvärdnamnet och inloggningen lösenordet är raspberrypi och standardinloggningsnamnet är pi.

Steg 4: Installera programvarugränssnitt

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabeln.

2. SSH (Remote Login) i Raspberry Pi med din bärbara dator:

För Windows Putty:

1. Ange [HOSTNAME].lokalt för värdnamnet, klicka på SSH -knappen för anslutningstyp och tryck på Öppna.
2. Ange ditt användarnamn och lösenord när du uppmanas.

För Mac Terminal:

1. Ange detta kommando i Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Ange ditt lösenord när du uppmanas.

*** OBS: Följande steg tar ~ 10 timmar att slutföra. Det kommer att dröja länge. Så, när du kommer till steg 3.9., Var då redo att vänta … mycket. Men på den ljusa sidan får du lite tid att göra några produktiva saker. Till exempel kan du fortsätta med dina Netflix -program, titta på hela Star Wars -sagan eller till och med arbeta framåt i denna instruktion. Valet är ditt. Vad det än kan vara så hoppas jag att du har kul!

3. Ange följande kommandon för att konfigurera OpenCV (Computer Vision) i CLI (Command Line Interface) på SSH:

** Obs! Om CLI när som helst uppmanar dig "Vill du fortsätta?", Ange 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

*** Bilder visar att jag har gjort en överordnad katalog som innehåller den klonade opencv -katalogen, men jag har kasserat det från stegen för att göra det lite enklare …

git -klon

cd opencv/

mkdir build

cd -byggnad/

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

göra

sudo gör installationen

CD

4. Ladda ner och packa upp mappen picroscope.zip på din bärbara dator. Överför sedan mappen till Pi Zero W:

För Windows WinSCP: *Bild 6

1. Ange [HOSTNAME].local för värdnamnet, skriv in ditt användarnamn och lösenord när du uppmanas att välja SFTP för File Protocol och klicka på Login.
2. Hitta och dra mappen från din bärbara dator till vänster om programmet till höger, där din hemkatalog finns för Pi Zero W.

För Mac Terminal: *Bild 7

1. Klicka på plustecknet på din terminal för att göra en ny flik/session.
2. Ange kommandot sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Ange ditt lösenord när du uppmanas.
4. Ta reda på platsens sökväg för din mapp på din bärbara dator och ange kommandot pwd på fliken ssh på din terminal för att ta reda på hemkatalogvägen för din Pi Zero W. Kopiera dessa sökvägar när du uppmanas i nästa steg.
5. Ange kommandot put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Ange följande kommandon för att kontrollera om OpenCV fungerar och om du kan använda det i Python: *Bild 8

CD

python import cv2

Om du får ett fel kan du felsöka att använda internet. Om allt annat misslyckas, vänligen posta nedan på forumet så att instruktionsgruppen och jag kan försöka hjälpa.

Om du inte har några fel fungerar OpenCV! JA! Du kan ange följande kommando för att stänga Python CLI:

utgång()

Du kan äntligen stänga av din Pi Zero W med det här kommandot:

sudo avstängning nu

Koppla bort USB -kabeln från Pi Zero W.

Steg 5: Lägg till förstoringsoptiken

*** Kom ihåg att ha alla dina 3D-utskrivna och optiska delar innan du fortsätter till det här steget …

1. Samla ihop den 3D-tryckta kameran och CCTV-linshållaren (Cam+Lens Holder), CCTV-objektivet och låsringen. *Bild 1

2. Rikta CCTV -objektivet så att det mindre objektivet vänder uppåt. *Bild 2

3. Sätt in det orienterade CCTV -objektivet i det cylindriska hålet på linshållaren.

4. Skjut försiktigt övervakningslinsen genom den cirkulära öppningen i linshållaren. *Bild 3

5. Sätt låsringen ovanpå CCTV -objektivet. *Bild 4

6. Skruva fast låsringen halvvägs i CCTV-objektivet. *Bild 5

7. Dra försiktigt ner CCTV -objektivet tills låsringen fästs på linshållarens ovansida. *Bild 6

Steg 6: Bygg strukturen

1. Samla LED -belysningsbasen, de 2 strukturväggarna och 4 av de 8 stora fästelementen. *Bild 1

2. Placera LED -belysningsbasen platt ovanpå arbetsbänken. *Bild 2

3. Välj en av konstruktionsväggarna och placera den tjockare av de två rätvinkliga gångjärnen (markerad på *Bild 1) ovanpå basen så att hålen ligger i linje med två av de fyra bashålen.

4. Fäst konstruktionsväggen i basen med två av fästelementen.

5. Upprepa steg 3-4 för den andra väggen. *Bild 3

6. Samla ihop kameran+linshållaren med CCTV -objektivet och de andra fyra stora fästelementen. *Bild 4

7. Rikta in kameran+linshållaren ovanpå de strukturella väggarnas övre gångjärn så att CCTV -objektivet vetter mot basen.

8. Fäst hållaren på väggarna med de stora fästelementen. *Bild 5

Lägg strukturen åt sidan medan vi installerar Raspberry Pi och kamera.

Steg 7: Kamerainställning

Optisk justering av kamera:

1. Använd 3-D Printed Lens Remover för att skruva loss objektivet på kameran. *Bild 1 och 2
2. Ta försiktigt bort det heta spegelglasfiltret i kameran. *Bild 3
3. Förvara linsen och glasfiltret i en säker och torr lagringsenhet (dvs. plastpåse).

Ansluta kameran till Pi Zero W:

1. Samla kameran, Raspberry Pi Zero W och CSI -kabeln. *Bild 4
2. Öppna kamerans CSI -port, liksom Raspberry Pi: s CSI -port. *Bild 5
3. Anslut de två ändarna av CSI -kabeln till CSI -portarna baserat på deras storlek. *Bild 6
4. Stäng CSI -portarna.

Steg 8: Installera kameragränssnitt på Pi Zero W

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabeln.

2. SSH i Pi Zero W, som vanligt (steg 3 för referens)

3. Följ kommandona för att aktivera kameragränssnittet på Pi Zero W:

1. Ange sudo raspi-config i CLI
2. Välj "5 gränssnittsalternativ"
3. Välj "P1 -kamera"
4. Välj "Ja" när du får frågan om kameran ska vara aktiverad
5. Välj "Ja" när du blir ombedd att starta om Pi Zero W

4. SSH i Pi Zero W, än en gång

5. Kör kommandon för att ladda ner pythons gränssnitt med kameran och den lättanvända servern:

sudo pip installera picamera

sudo pip installera Flask

7. Följ dessa steg och kommandon för att testa om kameran fungerar:

cd -mikroskop

python LiveStream.py

1. Öppna en webbläsare och ange följande i URL -fältet: [HOSTNAME].local: 5000
2. Du borde kunna se en livestream av din kamera. Livestreamen blir suddig eftersom kameran inte har något objektiv, men oroa dig inte för det. Din kamera är fullt fungerande för mikroskopet! JA!

8. Stäng av Pi Zero W och koppla bort både Micro-USB- och CSI-kablarna.

Steg 9: Slutlig hårdvaruinställning (klar … Ställ in … Löd!)

*** Om du är UNDER 16 år, snälla löd med vuxenövervakning!

Lödningsrubriker till Pi Zero W:

1. Samla dina Pi Zero W, lödningssatser och GPIO -huvudhuvudstiften.
2. Placera den kortare änden av Header Pins genom framsidan av Pi Zero W. *Bild 1
3. Löd försiktigt de 40 stiften med ditt lödkitssats. Om du aldrig har lödt tidigare föreslår jag att du tar en titt på den här fantastiska guiden (innehåller en bra video för nybörjare): https://learn.sparkfun.com. *Bild 2
4. Behåll ditt lödkolv för nästa steg. Koppla dock bort den om du inte har nästa installationsmaterial.

LED -belysningsinställning (UPDATE: Wire strippning och lödning krävs nu):

1. Samla 2 kvinnliga till kvinnliga bygelkablar, Pi Zero W, en 100-Ohm motstånd, en diffus LED. *Bild 3
2. Ta bort bygelkabelkontakten med sax och ta bort ena änden av varje bygelkabel med en sax eller en trådavdragare. *Bild 4
3. Löd en Jumper Wire till den korta ledningen på den diffusa lysdioden.
4. Löd motståndet till den långa ledningen för den diffusa lysdioden och motståndets andra ände till den andra avskalade tråden.
5. Anslut bygeln som är lödad till lysdiodens korta ledning till stift 6 på Pi Zero W. *Bild 7 som referens
6. Rengöring när du är klar med lödningen. Lödutrustningen är inte längre nödvändig.
7. Driv Pi Zero W med Micro-USB.
8. Anslut den andra bygeln till Pin 2 på Pi Zero W. Lysdioden ska lysa! JA!
9. Koppla bort bygelkablarna som är anslutna till Pi Zero W och Micro-USB.
10. Behåll allt detta material för den slutliga installationen.

Slutlig installation:

1. Samla nu din 3D-tryckta struktur, kamera, CSI-kabel, kamerafästen, små glidbrickor och stora glidbrickor.
2. Placera kameran ovanpå kameran+objektivhållaren och säkra den med kamerafästena. *Bild 8
3. Montera Pi Zero W på en av strukturväggarna med hjälp av 40 -stifts hålmatrisen på väggarna. *Bild 9
4. Anslut CSI -kabeln till kameran och Pi Zero W. *Bild 10
5. Sätt in antingen de små eller stora glidbrickorna i skårorna på strukturväggarna.
6. Slutligen, Anslut bygelkablarna och lysdioden tillbaka till Raspberry Pi Zero W. Placera lysdioden i stifthållaren på belysningsbasen. *Bild 11

GRATTIS! Du har byggt ditt mikroskop! Ta en bild på den och lägg upp nedan!

Steg 10: Gör din mikroskopiska värld

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabeln.

2. SSH i Pi Zero W.

3. Samla en av mikroskopglasen och placera ett mycket litet föremål på bilden, till exempel en hårstrå.

4. Lägg en bit tejp på föremålet så att det sitter fast på objektglaset. Detta hjälper till att fokusera objektet.

4. Skjut mikroskopet. Skjut genom facken på ditt mikroskop.

5. Följ dessa kommandon för att testa om mikroskopet fungerar:

1. Ange: cd picroscope
2. Ange: python LiveStream.py
3. Justera bildens fokus genom att försiktigt vrida CCTV-objektivet antingen medurs eller moturs. *Bild 1

6. Du kan nu se den mikroskopiska (4x) bilden av din hårstrå! Prova andra mikroskopiska föremål eller till och med levande saker, till exempel små buggar.

*Kom ihåg att vara försiktig när du hanterar mikroskopet och, ännu viktigare, ha kul!

Steg 11: Euglena World

Ytterligare material för en mikroskopisk levande värld

★ Pipetter och Euglena Gracilis (10.75):

★ Petroleumgelé (2.40):

★ Mikroskopglas och täckglas

★ Dubbelsidig klar tejp

★ Sharpie

Bygga en Euglena -värld

1. Skär två extremt små remsor av dubbelsidig tejp från tejphållaren.

2. Placera tejpen mot motsatta kanter på ett täckglas.

3. Fäst täckglaset på mitten av mikroskopglaset.

4. Pipettera lite av Euglena Gracilis -vattnet från burken.

5. För in en droppe pipettvatten i täckglasets kant utan tejp. Se till att hela området under täckglaset är täckt med vatten.

7. Använd en pappershandduk för att rengöra eventuellt extra vatten på objektglaset.

8. Tillsätt lite vaselin till täckglasens kanter. Det är bäst att använda en bomullspinne för att tillsätta gelén eftersom gelén hjälper vattnet att förångas.

9. Använd en skärpa för att skriva namnet på ditt prov och datum någonstans på bilden. Detta är för referens och är en bra laboration.

10. Din Euglena -värld är klar! Kolla in det under ditt mikroskop!

Läs om Euglena: s fantastiska fototaktiska förmågor:

Ovan har jag lagt till ett par videor för att ge en glimt av vad du kommer att kunna göra med Euglena World och bildbehandlingsprogrammen.

Steg 12: Rop ut och samarbete

Tack så mycket till Riedel-Kruse Lab vid Stanford University! Utan deras stöd och mentorskap hade jag aldrig kunnat konceptualisera, designa och bygga detta fantastiska projekt! Kolla in all deras coola interaktiva biotekniska forskning här:

Tack och skrik:

--- Tack till professor Ingmar Riedel-Kruse för att jag fick arbeta i ditt labb i sommar!

--- Tack till ärlighet för att du är en FANTASTISK mentor och vän. Du var alltid där för att vägleda mig samtidigt som du tillät mig att komma med mina egna mönster och svar på problem.

--- Tack till Peter för att du är ännu en FANTASTISK mentor och vän.

--- Tack till alla medlemmar på Riedel-Kruse Lab för att hjälpa mig med specifika och tekniska frågor.

--- S/O och enormt tack till min familj för att alltid uppmuntra och stödja mig!

Om du är intresserad av att samarbeta med mig, vänligen posta nedan på forumet! Tryck också på favoritknappen och glöm inte att rösta på mig!

Följ mig på Twitter @RiksEddy för att se vad jag gör mer !!

Bästa önskningar för dina framtida strävanden, Rik

Första priset i Raspberry Pi Contest 2017