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