科學家們竟用樂高觀察細胞，網(wǎng)友：萬萬沒想到啊
還用上iPhone
楊凈 子豪 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
玩樂高還能玩出個顯微鏡？！
原本以為是一個普普通通的玩具。
沒想到，還真能當成顯微鏡來用，是能看到細胞的那種。
真·高端新玩法！
比如食用鹽的主要成分——氯化鈉晶體。
甚至還可以看到生物書中的細胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。
紫色洋蔥細胞在碰到氯化鈉溶液后，細胞膜與細胞壁出現(xiàn)了分離。
加入蒸餾水之后，再恢復原狀。
還能看到三只水蚤在水中游動的樣子。
把樂高玩的這么6的，竟然是一群來自德國明斯特大學正兒八經(jīng)搞研究的科學家。
還是研究細胞生物學的。
難不成，這個真是為了研究而生？
研究人員說了，其實是想讓孩子真正使用顯微鏡玩游戲，進而普及更多細胞生物學的知識。
而且，這款樂高顯微鏡沒有3D打印的零件，也沒有特殊設計的精密光學器件。
完全由樂高打造，人人可制作的那種。
唯一非樂高組件——光學器件，每個差不多30元就可以買到。
因此，就有不少網(wǎng)友表示很驚奇：我真萬萬沒想到?。?/p>
如何制作？
按照顯微鏡結(jié)構(gòu)，科學家們用上了這些材料：
顯微鏡主體——樂高、目鏡——丙烯酸鏡片*（2片）、物鏡——玻璃鏡片、iPhone 5攝像頭模塊，以及一些顯微鏡必備載玻片和蓋玻片。
首先，顯微鏡主體樂高。
團隊使用了LDraw——專供樂高的免費3D建模軟件，創(chuàng)建了指令，進行了主體安裝。
△使用清單
共用到了287塊樂高，其中還包括用來*照明的樂高塊，發(fā)出橙色的光。
不過這個橙色的光，可以隨意更換顏色，以及如果擔心照明不均勻，可使用薄紙片作為一個擴散器，放在LED和樣品之間。
*Ps：3位研究者貼心的準備了清單和步驟書哦~
目鏡，則是由兩塊一平一凹的亞克力透鏡（直徑34.5 mm，f =106mm）組成，需要用膠帶將他們粘合在一起。
還有就是物鏡。
團隊制作了兩款物鏡， 一個低倍率物鏡——普通的玻璃透鏡（直徑18 mm，焦距26.5 mm）。
另一個，則是由iPhone5攝像頭模塊構(gòu)成的高倍率透鏡。
此外，為了避免載玻片在積木表面移動，可以貼上膠帶固定。
值得一提的是，這些組件全都能夠買到。尤其是非樂高組件，價格在10元到40元不等。
科學家們很貼心的附上了他們的成本表。（親測：實際情況比這更低）
可以看到，總成本102歐，折合人民幣不到800元，其中樂高就占了大頭，成本大概在625元左右。
作為一款可以自己動手從零打造、寓教于樂的顯微鏡，這個價格還是相當有吸引力的。
用它搞研究，性能如何？
做成之后，研究團隊通過實驗，確定了顯微鏡的放大倍數(shù)。
在兩個鏡頭變焦相同的前提下，比較圖像中物體的長度。得到結(jié)果：
高倍物鏡能放大254倍，低倍物鏡能放大27倍。
此外，團隊還對高倍物鏡和低倍物鏡的分辨率進行了量化：
通過研究強度分布情況，繪制了單獨條的強度分布曲線（e、f圖中黑色曲線），這是階躍函數(shù)與顯微鏡的點擴展函數(shù)（PSF）的卷積（e、f圖中紅色曲線）。
用正態(tài)分布來逼近PSF的形狀，把強度曲線擬合為正態(tài)分布的累積分布函數(shù)，通過偏差得到半峰全寬。
PSF用來描述顯微鏡如何對一個點狀物體成像。當兩個物體的PSF重疊時，它們不能再分別進行光學分辨，而是作為一個物體成像。
將半峰全寬與最大分辨率進行比較，研究人員估算了兩個物鏡的分辨率極限。
也被稱為阿貝衍射極限，即在能進行光學分離的前提下，兩個光點之間的最小距離。
比較結(jié)果顯示，高倍物鏡下的半峰全寬僅略小于最大分辨率。不過與高倍物鏡相比，低倍物鏡的性能較差。
研究人員認為，這可能是單個鏡頭與復合鏡頭系統(tǒng)帶來的影響，iPhone的鏡頭提供了良好的圖像質(zhì)量。
從展示圖中也看得出，成像效果相當不錯。
網(wǎng)友：為啥只給孩子？
早就火遍全球的樂高玩具，現(xiàn)在又了教育作用的加成，自然引起了不小的關(guān)注。
網(wǎng)友們紛紛求鏈接：
不少家長已經(jīng)準備給娃們加入購物車了。
“太好了！！我兒子剛剛9歲，他正想要個顯微鏡！”
“太棒了，我可以和女兒一起拼樂高。”
還有網(wǎng)友說出了我的心聲：
“為什么只給孩子買？我想給自己來一個?！?/p>
目前，作者已經(jīng)在GitHub頁面添加了相關(guān)信息，感興趣的讀者可戳文末鏈接~
另外，后臺回復“說明書”或“樂高”關(guān)鍵詞，即可獲得完整樂高制作步驟和清單哦~
大概是醬嬸兒的。
參考鏈接：
[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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