科学家们竟用乐高观察细胞,网友:万万没想到啊
还用上iPhone
杨净 子豪 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
玩乐高还能玩出个显微镜?!
原本以为是一个普普通通的玩具。
没想到,还真能当成显微镜来用,是能看到细胞的那种。
真·高端新玩法!
比如食用盐的主要成分——氯化钠晶体。
甚至还可以看到生物书中的细胞质壁分离现象。
紫色洋葱细胞在碰到氯化钠溶液后,细胞膜与细胞壁出现了分离。
加入蒸馏水之后,再恢复原状。
还能看到三只水蚤在水中游动的样子。
把乐高玩的这么6的,竟然是一群来自德国明斯特大学正儿八经搞研究的科学家。
还是研究细胞生物学的。
难不成,这个真是为了研究而生?
研究人员说了,其实是想让孩子真正使用显微镜玩游戏,进而普及更多细胞生物学的知识。
而且,这款乐高显微镜没有3D打印的零件,也没有特殊设计的精密光学器件。
完全由乐高打造,人人可制作的那种。
唯一非乐高组件——光学器件,每个差不多30元就可以买到。
因此,就有不少网友表示很惊奇:我真万万没想到啊!
如何制作?
按照显微镜结构,科学家们用上了这些材料:
显微镜主体——乐高、目镜——丙烯酸镜片*(2片)、物镜——玻璃镜片、iPhone 5摄像头模块,以及一些显微镜必备载玻片和盖玻片。
首先,显微镜主体乐高。
团队使用了LDraw——专供乐高的免费3D建模软件,创建了指令,进行了主体安装。
△使用清单
共用到了287块乐高,其中还包括用来*照明的乐高块,发出橙色的光。
不过这个橙色的光,可以随意更换颜色,以及如果担心照明不均匀,可使用薄纸片作为一个扩散器,放在LED和样品之间。
*Ps:3位研究者贴心的准备了清单和步骤书哦~
目镜,则是由两块一平一凹的亚克力透镜(直径34.5 mm,f =106mm)组成,需要用胶带将他们粘合在一起。
还有就是物镜。
团队制作了两款物镜, 一个低倍率物镜——普通的玻璃透镜(直径18 mm,焦距26.5 mm)。
另一个,则是由iPhone5摄像头模块构成的高倍率透镜。
此外,为了避免载玻片在积木表面移动,可以贴上胶带固定。
值得一提的是,这些组件全都能够买到。尤其是非乐高组件,价格在10元到40元不等。
科学家们很贴心的附上了他们的成本表。(亲测:实际情况比这更低)
可以看到,总成本102欧,折合人民币不到800元,其中乐高就占了大头,成本大概在625元左右。
作为一款可以自己动手从零打造、寓教于乐的显微镜,这个价格还是相当有吸引力的。
用它搞研究,性能如何?
做成之后,研究团队通过实验,确定了显微镜的放大倍数。
在两个镜头变焦相同的前提下,比较图像中物体的长度。得到结果:
高倍物镜能放大254倍,低倍物镜能放大27倍。
此外,团队还对高倍物镜和低倍物镜的分辨率进行了量化:
通过研究强度分布情况,绘制了单独条的强度分布曲线(e、f图中黑色曲线),这是阶跃函数与显微镜的点扩展函数(PSF)的卷积(e、f图中红色曲线)。
用正态分布来逼近PSF的形状,把强度曲线拟合为正态分布的累积分布函数,通过偏差得到半峰全宽。
PSF用来描述显微镜如何对一个点状物体成像。当两个物体的PSF重叠时,它们不能再分别进行光学分辨,而是作为一个物体成像。
将半峰全宽与最大分辨率进行比较,研究人员估算了两个物镜的分辨率极限。
也被称为阿贝衍射极限,即在能进行光学分离的前提下,两个光点之间的最小距离。
比较结果显示,高倍物镜下的半峰全宽仅略小于最大分辨率。不过与高倍物镜相比,低倍物镜的性能较差。
研究人员认为,这可能是单个镜头与复合镜头系统带来的影响,iPhone的镜头提供了良好的图像质量。
从展示图中也看得出,成像效果相当不错。
网友:为啥只给孩子?
早就火遍全球的乐高玩具,现在又了教育作用的加成,自然引起了不小的关注。
网友们纷纷求链接:
不少家长已经准备给娃们加入购物车了。
“太好了!!我儿子刚刚9岁,他正想要个显微镜!”
“太棒了,我可以和女儿一起拼乐高。”
还有网友说出了我的心声:
“为什么只给孩子买?我想给自己来一个。”
目前,作者已经在GitHub页面添加了相关信息,感兴趣的读者可戳文末链接~
另外,后台回复“说明书”或“乐高”关键词,即可获得完整乐高制作步骤和清单哦~
大概是酱婶儿的。
参考链接:
[1]https://github.com/tobetz/LegoMicroscope
[2]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.11.439311v1
[3]https://twitter.com/BetzLab/status/1381494678382600194
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