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，需要用胶带将它们粘合在一起。
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，现在有了教育作用的加成，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~
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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