מאמר שיטה

פלטפורמת דימות טיים-לאפס בעצמך ומודפסת בתלת-ממד לתצפית תאים חיים באינקובטור

DOI:

10.3791/70424

⸱

15 במאי 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Medical and Life Sciences, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, 2Reproductive & Women-Children Hospital, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, 3NHC Key Laboratory of Chronobiology, Sichuan University, 4West China School of Basic Medical Sciences & Forensic Medicine, Sichuan University, 5Guangzhou Weike Zexing Instrument Technology Co., Ltd.

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר פלטפורמת הדמיית טיים-לאפס תלת-ממדית (תלת-ממדית) בעלות נמוכה, עשה-זאת בעצמך (DIY), הנשלטת על ידי Raspberry Pi, שנבנתה לשימוש בתוך חממות סטנדרטיות. היא משתמשת בתאורת דיודה פולטת אור (LED) מתוכנתת להשגת הדמיית שדה בהיר או אלכסוני ומפעילה תוכנת פייתון בקוד פתוח לתהליכי עבודה אוטומטיים עם תהליכי טיים-לאפס.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מערכות מיקרוסקופיה משולבות באינקובטור וחממות תרביות טיים-לאפס כוללות הן לעיתים קרובות יקרות וקנייניות, מה שמגביל את הנגישות וההתאמה האישית. קיימות חלופות קוד פתוח אך לעיתים כוללות פשרות בביצועי תדמיה, שליטה בתאורה או גמישות. כאן, אנו מתארים פלטפורמת הדמיה תלת-ממדית (DIY) בעלות נמוכה ומודפסת ב-timelapse, שנועדה לשימוש בתוך אינקובטורים סטנדרטיים של תרביות תאים. המכשיר משתמש בבקר מבוסס Raspberry Pi עם הפעלת מנוע צעד ותאורת אחורית מתוכנתת עם דיודה פולטת אור (LED) המאפשרת מצב תאורה בשדה בהיר ואלכסוני. המערכת תומכת בהדמיה אוטומטית של ריבוי בארות, רכישת טיימלפס מתוזמנת ותצוגה מקדימה בזמן אמת באמצעות תוכנת פייתון בקוד פתוח. אימות ביצועים הראה הדמיה אמינה לטווח ארוך של תאים מתורבתים ועוברים מוקדמים, עם פעולה יציבה בתנאי אינקובטור. בדיקות רזולוציה אופטית באמצעות מטרה של חיל האוויר של ארצות הברית (USAF) משנת 1951 אישרו תכונה מינימלית ניתנת לזיהוי של כ-1.55 מיקרון. הערכת התנועה הראתה סטייה נמוכה וחזרתיות גבוהה, כאשר דיוק המיקום תואם במידה רבה את ההזזות הפקודות. המערכת תואמת למספר פורמטים של לוחות וניתנת להתאמה למערכות תרבות מיוחדות. בסך הכול, פלטפורמה זו מספקת פתרון חסכוני, ניתן לשכפול והתאמה אישית להדמיה ארוכת טווח של תאים חיים ועוברים במעבדה.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הדמיית תאים חיים מיושמת באופן נרחב במחקר ביולוגי לחקר תהליכים תאיים דינמיים, כולל התרבות תאים 1,2, התמיינות 3, נדידה4, ובמיוחד התפתחות עוברית מוקדמת להערכת איכות עוברים במעבדות IVF 5,6. הפתרונות הקיימים כוללים בעיקר מערכות מיקרוסקופ מבוססות תא7 ומדממות טיים-לאפס משולבות8. למרות שפלטפורמות אלו מאפשרות הדמיית טיימלפס מורחבת בתנאי סביבה מבוקרים, הן נשארות יקרות וברובן סגורותבמקורות 9. מגבלות אלו מפחיתות את הנגישות למעבדות קטנות ומגבילים את הגמישות בתהליכי עבודה ניסיוניים מותאמים אישית או תרחישי מחקר מיוחדים10,11.

בשנים האחרונות הוצגו מערכות הדמיה מותאמות אישית רבות 12,13,14. מרס ואחרים. דיווח על מיקרוסקופ חסכוני שנבנה ממסגרת מכנית של מדפסת תלת-ממד והופעל בתוך אינקובטור7, מה שהדגים גישה גמישה ונגישה. בדון ואחרים. פיתח Incabascope15, מיקרוסקופ מותאם אישית קומפקטי שזול וקל לתפעול תוך השגת ביצועי הדמיה חזקים. Zehrer ואחרים תיארו מיקרוסקופ פלואורסצנציה אוטומטיבקוד פתוח 16, המשפר עוד יותר את יכולות ההדמיה על ידי שילוב הדמיית פלואורסצנציה ברזולוציה גבוהה. הוצעו גם מערכות נוספות מבוססות חממה. EmSight, שתוכנן על ידי קים ואחרים, מיישם מיקרוסקופיה פטיקוגרפית פורייה לתמיכה בתצפית רב-זווית17, ופיקרוסקופ של Ly ואחרים מאפשר הדמיה אורכית על פני מספר דגימות18. בעוד שמערכות אלו עוסקות בהיבטים שונים של הדמיה מבוססת חממה, כל אחת מהן מותאמת ליישומים או לפורמטים מסוימים, מה שמשאיר הזדמנויות לתאימות רחבה יותר ודימות בקנה מידה גדול יותר. חלק מהעיצובים גם כרוכים בעלויות גבוהות יותר, בעוד שאחרים אינם בקוד פתוח לחלוטין, מה שעלול להקשות על שכפול ושינויים.

כאן אנו מציגים מערכת הדמיה באינקובטור המורכבת מרכיבים מודפסים בתלת-ממד, לוח מעגלים מודפסים (PCB) בעיצוב אישי, וחלקים סטנדרטיים זמינים בדרך כלל. המערכת ניתנת להרכבה בתהליך פשוט, ובאמצעות מחזיקי לוחות ניתנים להחלפה, תומכת בכיסוי מלא של לוחות בגודל 6, 12, 24 ו-96 בארות. ניתן גם להתאים אותו לפורמטים מיוחדים של תרביות, כולל מנות תרביות עוברים של 12 בארות. המערכת משלבת תאורה אחורית מתוכנתת שמספקת פתרון תאורה חכם ויעיל, ומצלמה ברזולוציה גבוהה בעלות נמוכה השומרת על ביצועי הדמיה חזקים. שילוב זה מבטיח תאורה יציבה ואיכות תמונה אמינה להדמיית תאים חיים לטווח ארוך.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

קווי תאי הגידול ועוברי בעלי החיים התקבלו ממעבדת הכרונוביולוגיה של NHC (אוניברסיטת סצ'ואן) וטופלו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי ועדת הביקורת המוסדית המקומית וועדת האתיקה, וכן לפי התקנות הלאומיות הרלוונטיות. שיטה זו לא צריכה להיות מיושמת ישירות בפרקטיקה קלינית או לשימוש בתרבות עוברים אנושיים ללא אימות ניסויי מספק.

הערה: החומרה (קבצי עיצוב PCB ודגמי תלת-ממד/קבצי STL) משוחררת תחת רישיון החומרה הפתוח של CERN גרסה 2 – Strong Reciprocal (CERN-OHL-S-2.0), והתוכנה (ממשק גרפי שולחני של בקר ו-backend של Raspberry Pi) משוחררת תחת רישיון MIT. כל קבצי העיצוב וקוד המקור זמינים לציבור דרך מאגר הפרויקט GitHub.

הדפסת 1. 3D

  1. הורידו והדפיסו את קבצי התלת-ממד המופיעים בטבלת החומרים, הזמינים בתיקיית הקבצים המשלימים (קובץ משלים 1) או בתיקיית STL של מאגר GitHub (https://github.com/michael513823-sys/OpenLapse).
  2. מייצרים את רוב החלקים באמצעות מדפסת תלת-ממד רגילה בנפח עבודה של 250 מ"מ × 250 מ"מ × 250 מ"מ, אך המארז והמסגרת האמצעית (שמגיעה עד 312 מ"מ בנקודה הרחבה ביותר שלהם) דורשים מדפסת בפורמט גדול יותר להדפסה חד-חלקית.
    1. אם יש להדפיס את החלקים בקטעים, אין להוסיף פינים ליישור על משטחי החיתוך. מומלץ גם להדפיס את כל הרכיבים על אותה מדפסת תלת-ממד, רצוי כזו שעברה כיול XYZ, כדי להפחית בעיות סבילות להתאמה.
  3. בעת ההדפסה, הפעל תומכים בחותך והגדר אותם לתמוך על פלטת הבנייה רק כדי לא לחסום את חורי ההרכבה. השתמש בגובה שכבה של 0.2 מ"מ ובמילוי של 50% או התאם לפי ניסיון.
  4. לייצר חלקים באמצעות מדפסת תלת-ממד סטנדרטית או מסחרית.
    הערה: קבצי העיצוב המסופקים הם בפורמט STL וניתן לעבדם באמצעות תוכנת חיתוך נפוצה. חומצה פולילקטית (PLA) מומלצת כחומר הדפסה בשל התאמתה הכללית לשימוש במעבדה; חומרים עם ציטוטוקסיות נמוכה מאומתת מועדפים כאשר הדבר רלוונטי. קבצי חיתוך מוגדרים מראש אופציונליים מסופקים בחומרים המשלימים לעיון וניתן להתאים אותם למדפסות שונות לפי הצורך.
  5. לאחר ההדפסה, הסר בזהירות את התמיכות ושייף את המשטחים הנתמכים כך שיהיו חלקים. לחלקים חתוכים, השתמשו בדבק ציאנואקרילט לקישור המשטחים החתוכים, ואפשרו לפחות 6 שעות של ייבוש לפני המשך ההרכבה הבאה.

2. הרכבת ציר ה-Z ומודול ההדמיה (איור 1)

figure-protocol-1
איור 1: הרכבת מנגנון המיקוד של ציר ה-Z ומודול ההדמיה. איור שלב אחר שלב של תהליך ההרכבה של מערכת המיקוד ציר Z ומודול ההדמיה. (א) הכנת תושבת ציר ה-Z עם אגוזים משובצים להרכבת רכיבים. (ב) התקנת רכיבים עזר, כולל מחזיק כבל CSI ואום האגן. (ג) הרכבת המודול האופטי, כולל עדשת האובייקטיבי, עדשת הצינור והמתאם, ואחריה אינטגרציה לתוך תושבת התמיכה. (D) התקנת המודול האופטי על תושבת ציר Z עם יישור הציר האופטי לפתיחת חיישן CMOS. (ה) התקנת מיסבים ליניאריים בתוך תושבת ציר ה-Z. (ו) אינטגרציה של מוט ההנחיה, רכיב האחוף, המיסבים הליניאריים ומנוע הצעד ליצירת מערכת התנועה. (ז) חיבור תושבות ציר ה-Z באמצעות מוטות הנחיה וחיבור הבורג המוביל לאום. (H) התקנת מודול ההדמיה CMOS (Raspberry Pi Camera V2) על המערכת. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

  1. הכן את הרכיבים הסטנדרטיים המפורטים בטבלת החומרים.
    הערה: הברגים כבר צורפו עם גיבוי, וניתן לרכוש את הפריטים הנותרים עם עודף קטן לפי הצורך.
  2. התקן את ברגי ההרכבה (איור 1A). הכנס את אגוזי ה-M3 לחריצי האום של תושבת ציר Z B, ואז הברג את הברגים בקוטר 10–15 מ"מ M3 למקומם. בשלב זה, אין להדק את הברגים במלואם—יש לבצע הידוק סופי במהלך ההרכבה כדי למנוע הפרעה להתקנת המיסבים הליניאריים והרכיבים האופטיים.
    הערה: מבני חיבור דומים מופיעים ברכיבים רבים נוספים ולא יחזרו על עצמם בהוראות הבאות.
  3. הכנס את מחזיק כבל CSI A לחריץ T של תושבת ציר Z B (איור 1B,E). הכניסו את אגוז הבורג המוביל T5 לשקע ההרכבה, ואז אבטחו אותו עם בורג M3 ואום.
    הערה: רוב אגוזי הבורג עופרת T5 עשויים מ-PTFE ואין להדק אותם יתר על המידה כדי למנוע עיוות.
  4. התקן את המכלול האופטי (איור 1C). השרעו את המטרה 10× אל תוך תהליכי RMS הפנימיים של טבעת המתאם RMS-to-SML. מניחים את עדשת הצינור בקוטר 50 מ"מ בתוך מחזיק הצינור של SML05, ואז הבריגו את טבעת המתאם לתוך ה-SML05 כדי לאבטח את עדשת הצינור.
  5. אם לא ניתן להחזיק את עדשת הצינור היטב בשלב זה, השתמשו בטבעת השמירה SMLRR כדי לקבע את העדשה תחילה, ואז הכניסו את מתאם RMS ל-SML. לבסוף, חבר את ה-SML05 לתושבת SML כדי להשלים את ההרכבה האופטית.
  6. התקן את המכלול האופטי בתושבת ציר Z B (איור 1D). יש לשים לב כי תושבת ה-SML אינה סימטרית במרכז, לכן ודא שהכיוון שלו נכון כך שפתח העדשה יהיה קונצנטרי עם פתח ה-CMOS.
  7. להדק את הברגים של ה-M3 משני הצדדים כדי לאבטח את המכלול האופטי. לאחר מכן, התקן את שני המיסבים הליניאריים בקוטר 5 מ"מ במקומם (איור 1E).
  8. התקן תושבת ציר Z A (איור 1F). הכנס את מוט ההנחיה בקוטר 80 מ"מ לחור התחתון-שמאלי של תושבת ציר Z A ואבטח אותו עם בורג ואום M3. הכניס את אגוז הבורג ההובלה החיתוך T5 וחבר אותו באמצעות בורג M2 שמתקשה לעצמו.
  9. הכנס את שני המיסבים הליניאריים וקבע אותם במקומם. מקם את מנוע ה-50 מ"מ עם בורג מוביל במושב ההרכבה שלו וקבע אותו עם ברגי M2.5.
  10. הרכיבו את מקטעי תושב ציר Z A ו-B בציר Z שהושלמו (איור 1G).
    1. ראשית, הכנס את מוט המנחה של תושבת ציר Z A לתוך המיסבים הליניאריים של תושבת ציר Z B. סובב בעדינות את בורג ההובלה בקטע A ביד כך שהוא יתחבר לאום הבורג בקטע B.
    2. אם נתקלת התנגדות מורגשת בעת סיבוב בורג ההובלה, יש לשחרר מעט את ברגי ה-M3 שמחזקים את המיסבים הליניאריים בחלק B; עם זאת, אל תרפה אותם עד כדי כך שהמיסבים עלולים ליפול.
  11. הסר את מכלול העדשה ממודול המצלמה Raspberry Pi V2, והשאיר רק את חיישן ה-CMOS במקום. התקן את ה-CMOS ואת ה-PCB בתחתית תושבת ציר Z B, ואבטח אותם באמצעות ברגים M2 עם טפיחה עצמית.
  12. חבר את כבל ה-FPC של המצלמה ל-PCB של המודול, ואז נתב בזהירות את הכבל דרך החריץ של מחזיק הכבל CSI A כדי לקבע אותו במקום.

3. הרכבת פלטפורמת התנועה במסגרת האמצעית (איור 2)

figure-protocol-2
איור 2: הרכבת המסגרת האמצעית ומנגנון התנועה XY. איור שלב אחר שלב של תהליך ההרכבה של המסגרת האמצעית ומערכת התנועה התרגומית XY. (א) התקנת מסילות ההנחיה של ציר ה-X ותושב ההרכבה על המסגרת המרכזית. (ב) הרכבת תושבי ציר ה-Y על מסילות ההנחיה של ציר ה-X ואינטגרציה של אגוז הבורג המוביל. (ג) התקנת מנוע הצעד בציר X וחיבור עם הבדח המוביל. (ד) אינטגרציה של בורג ההובל, המנוע, מוט ההנחיה ורכיבי המיסב של ציר ה-Y להשלמת מערכת התנועה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

  1. התקן את המסילות הליניאריות בציר X ואת תושבת ציר ה-X (איור 2A). מניחים את שני המסילות הליניאריות בציר X על המסגרת האמצעית, והכנס ברגים M3 לקביעתן.
  2. במהלך ההתקנה, אין להסיר את בלוקי העגלה מהמסילה, שכן הם עלולים להיות קשים להתקנה מחדש או להינזק. לאחר מכן, התקן את תושבת ציר ה-X על המסגרת האמצעית וחבר אותה עם ברגי M3.
  3. התקן את תושבי ציר ה-Y (איור 2B). הניחו את תושבת ציר ה-Y ו-B על בלוקי העגלה בציר X, יישרו את חורי ההרכבה, ואבטחו אותם עם ברגים M3.
  4. הכנס את אום הבורג המוביל T5 לתוך שקע ההרכבה של תושבת ציר Y-ציר B, וחבר אותו עם בורג M2 עם הקפצה עצמית.
  5. הכנס את בורג ההובלה של מנוע הציר ה-X דרך הפתח המרכזי של תושבת ציר ה-X, והברג את הבורג אל אום הבורג T5 עם הבורג החתוך באורך של כ-20 מ"מ. התקן את המנוע על תושבת ציר ה-X באמצעות ברגי M2.5 (איור 2C). בדוק אם בורג ההובלה מסתובב בצורה חלקה.
  6. אם מרגישים התנגדות מופרזת, שחרר מעט את הבורג העצמי שמחבר את אגוז הבורג T5 ואת ברגי ההרכבה של תושבת ציר ה-X, ואז מרח דבק כדי לקבע את האום במקומו לאחר היישור הנכון.
  7. התקן את ציר ה-Z ואת מכלול ההדמיה על תושבי ציר ה-Y (איור 2D). הנח את מיסב הכדור בגודל 5 מ"מ במושב המיסב של תושבת ציר Y A ואבטח אותו עם בורג M3.
  8. העבירו את בורג ההובלה של מנוע הציר Y דרך אום הבורג על תושבת ציר ה-Z A של מכלול ההדמיה, ואז הכניסו אותו דרך הקנה הפנימי של המיסב.
  9. הנח את מוט ההנחיה בקוטר 5 מ"מ דרך המיסבים הליניאריים של תושבת ציר Z A, מחבר בין שני תושבי ציר Y, ואבטח את שני הצדדים באמצעות ברגי M3. סובב את בורג ההובלה בציר Y כדי לבדוק אם התנועה חלקה.

4. הרכבת התאורה האחורית והמתקן (איור 3)

figure-protocol-3
איור 3: הרכבת המארז ומודול התאורה האחורית. המחשה שלב אחר שלב של תהליך ההרכבה של מערכת התאורה האחורית והפנימית המשולבת. (א) ניתוב כבלי מנוע מתחת למסגרת האמצעית וחיבור ללוח הנהג. (B) התקנת רכיבי הבקרה, כולל Raspberry Pi Zero ולוח הנהג, בתוך המארז התחתון. (ג) שילוב חיבורי חשמל ותאורת אחורית עם מחברים חיצוניים. (ד) מיקום ויישור המסגרת המרכזית אל המארז התחתון עם חיבורים חשמליים שהושלמו. (ה) התקנת הלוח השקוף והרכבת המארזים העליונים והתחתונים. (ו) איטום המתחם לשיפור הבידוד הסביבתי. (ז) מיקום מחזיק לוחות הבאר על חלון התצפית. (ח) הרכבת מודול התאורה האחורית ואינטגרציה לתוך המארז. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

  1. נתב את הכבלים כפי שמוצג באיור 3A. הזן את כבלי מנוע הציר X וה-Y כלפי מטה דרך פתחי הכבלים הקדמיים של המסגרת האמצעית, בעוד שכבל מנוע ציר Z צריך להיות מנותב כלפי מטה דרך פתח הכבל האחורי.
  2. הזז כל מנוע למיקום הרחוק ביותר מהפתיחה שלו כדי לקבוע את אורך הכבל המרבי הנדרש. לאחר אימות שאורך הכבלים מתאים, אבטח את הכבלים במקום באמצעות דבק מותך חם.
  3. התקן את ה-Raspberry Pi Zero 2 W המורכב ואת לוח הבקר על תושבת הלוח הראשי, וקבע אותם עם ברגים ואומים מסוג M3. הכנס את תושבת הלוח הראשי לחריץ המתאים של תחתון המארז (איור 3B).
  4. חבר את כבלי התאורה והחשמל (איור 3C). חתכו את כבל XH בן 3 הפינים והכניסו את קצה ה-XH למחבר בקרת התאורה האחורית בלוח הבקר; חבר את הקצה החופשי לצד הנקבה של מחבר תעופה תלת-פיני והתקן אותו על המארז, ואז חבר את הקצה החופשי השני למחבר תעופה זכרי עם 3 פינים וחבר את קצה ה-XH שלו לשקע בלוח מערך התאורה.
  5. נתב את חוטי החשמל מטרמינל הכוח בלוח הבקר לצד הנקבה של מחבר תעופה דו-פינים, בהתאם לקוטביות שמציינת ה-silkscreen על לוח הבקר, והשתמש בספק כוח DC 12V המסוגל לספק לפחות 5 אמפר של זרם יציב.
  6. חבר את כבלי מנוע הצעד ליציאות המתאימים בלוח הבקר. לאחר שווידא שכל החיבורים מאובטחים, הנח את המסגרת האמצעית על המארז התחתון ומיישר אותו עם חורי ההרכבה של M3 (איור 3D).
  7. חתוך את גיליון האקריליק בגובה 2 מ"מ לגודל 116 × 194 מ"מ והדביק אותו לחלון התצפית של החלק העליון של המארז באמצעות גומי סיליקון (איור 3E). שימו לב שפלטת זכוכית יכולה לספק ביצועי דימות טובים יותר, אך קשה יותר לחתוך אותה. התקן את החלק העליון של המארז על המסגרת האמצעית, ומרח גומי סיליקון לאורך התפרים אם יש צורך באיטום משופר (איור 3F). בעת שימוש בלוחות תרבית תאים, יש למקם את מחזיק הלוחות הכלליים מעל חלון הצפייה (איור 3G).
  8. הרכיבו את מערך התאורה האחורית (איור 3H). מניחים את מערך התאורה בתוך מעטפת האור A, מכניסים את פלטת האקריליק או הזכוכית בקוטר 1 מ"מ, ואז מכסים אותו במעטפת אור B ואבטח את ההרכבה באמצעות ברגים M2 המנופחים.

5. אלקטרוניקה וחיווט (איור 4)

figure-protocol-4
איור 4: רכיבים אלקטרוניים עיקריים ואינטגרציה של מערכת. סקירה של הרכיבים האלקטרוניים המרכזיים המשמשים במערכת והתצורה המורכבת שלהם. השורה העליונה מציגה רכיבים בודדים, כולל Raspberry Pi Zero 2 W, מודולי דרייבר TMC2209, לוח בקר, מצלמת Raspberry Pi V2 ולוח מערך תאורה. השורה התחתונה מציגה את מעגלי הבקרה והדרייבר המורכבים, שבהם ה-Raspberry Pi משולב עם לוח הבקר ודרייברי המנוע, וכן מערך LED של התאורה האחורית המוגדר לתאורה מרובת לוחות. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

הערה: איור 4 מציג את הרכיבים האלקטרוניים החשובים ביותר בפרויקט זה, בעוד שהפריטים הנותרים נמצאים בטבלת החומרים. לוח הבקרה ולוח מערך התאורה אינם מיוצרים בכמויות גדולות; קבצי עיצוב ה-PCB שלהם זמינים לציבור במאגר GitHub או בקבצים משלימים (קובץ משלים 1), תחת תיקיית "PCB". מאגר זה כולל את הדיאגרמות הסכמטיות, קבצי ייצור של Gerber, ורשימת החומרים (BOM). משתמשים יכולים להוריד את הקבצים הללו ולהגיש אותם ליצרן PCB לייצור מותאם אישית. ניתן להלחם את הרכיבים ידנית, או להשתמש בשירותי הרכבת SMT לקבלת לוחות מורכבים במלואם ישירות.

  1. בעת רכישת Raspberry Pi Zero 2 W, ודא שאתה בוחר בגרסה ללא כותרות מולחמות מראש, שכן הצד הקצר של ראש הזכר 2×20 פינים חייב להיות מוכנס מתחתית רפידות Pi Zero ולהלחם במקום — כיוון לא שגרתי.
  2. לאחר ההלחמה, מכניסים את הלוח ללוח הבקר. לאחר מכן מתקינים את מודול הדרייבר TMC2209 בשלושת שקעי הדרייבר.
  3. בצע בדיקה פונקציונלית לפני הרכבת החלקים הנותרים. זה דורש חיבור מודול המצלמה ל-Raspberry Pi zero באמצעות כבל CSI FFC (יש להכניס או להסיר את הכבל רק כאשר המערכת כבויה). לאחר מכן מחברים כל מנוע סטפר למחברים בעלי 4 פינים ליד מודולי הנהג TMC2209.

6. התקנה וקונפיגורציה של תוכנה (איור 5)

figure-protocol-5
איור 5: ממשק המשתמש של תוכנת הבקרה. סקירה כללית של ממשק המשתמש הגרפי המשמש לבקרת מערכת, רכישת תמונות וסריקת לוחות באר אוטומטית. (א) ממשק תצוגה מקדימה, המציג קליטת תמונה בזמן אמת עם בקרות להגדרות תאורה, לכידת תמונה ותנועה ידנית של הבמה. (ב) ממשק לכידת המשימות, המציג את פריסת הלוחות המרובים לסריקה אוטומטית, כולל בחירת באר, פרמטרי רכישה ובקרות ביצוע משימות. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

  1. הגדרת מערכת: התקן את Raspberry Pi OS באמצעות Raspberry Pi Imager. בחר ב-Raspberry Pi Zero 2 W כהתקן היעד ובחר מערכת 32 ביט ללא סביבה שולחנית כדי להפחית עומס ביצועים. השתמש בכרטיס microSD (מינימום 8GB; מומלץ 32GB ומעלה).
  2. הגדרות הרשת: בהגדרות המצלמה, הפעל SSH, הגדר שם משתמש וסיסמה, והגדר את חיבור ה-Wi-Fi. אחרי הפלאשינג, הכנס את כרטיס ה-microSD ל-Raspberry Pi והדליק אותו.
  3. התקנה ותצורה של תוכנה בצד Raspberry Pi: עקבו אחרי ההוראות שמופיעות בתיקיית Raspi במאגר GitHub כדי לשכפל את הפרויקט ולהתקין את התוכנה המוטמעת על Raspberry Pi. השלם את שלבי ההגדרה הנדרשים כפי שתיאר, כולל התקנת תלות והגדרת מערכת.
  4. התקנה והגדרות תוכנה בצד המחשב: התקן והגדרה של תוכנת הבקרה במחשב אישי או במק על ידי ביצוע ההוראות בתיקיית הבקר של אותו מאגר. ודא שכל התלויות הנדרשות מותקנות ושסביבת התוכנה מוגדרת כראוי.
  5. חיבור ואימות: הפעל את ממשק הבקר במחשב או במק. השתמש בפונקציית החיפוש האוטומטי כדי לאתר את ה-Raspberry Pi וליצור חיבור. אמת תקשורת מוצלחת על ידי בדיקת תנועת הבמה ואישור תצוגה מקדימה בזמן אמת של מצלמה.
  6. פעולה: הגדר פרמטרי רכישה בתוכנת הבקרה, כולל סוג הלוח, בארות נבחרות, מרווח לכידה ושם המשימה. המערכת תומכת עד 96 בארות ואוכפת אוטומטית מגבלות מרווחים מינימליים.
  7. משאבים נוספים: הוראות מפורטות נוספות, קבצי תצורה ומדריכי פתרון תקלות זמינים במאגר GitHub.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בדיקות רזולוציה
כדי להעריך את הרזולוציה האופטית של מודול ההדמיה, מטרה ברזולוציה של חיל האוויר האמריקאי משנת 1951 צולמה תחת תאורת שדה בהיר באמצעות מטרה של 10×. תמונות גולמיות צולמו ב-3840 × 2160 פיקסלים. כפי שמוצג באיור 6A, דפוסי זוגות הקווים היו ברורים באזור המרכזי המורחב. בהתבסס על בדיקה ויזואלית, התכונה הקטנה ביותר שניתן לפתור זוהתה כקבוצה 8, אלמנט 3 של יעד חיל האוויר האמריקאי 1951, שם זוגות הקווים נותרו מובחנים אך עם ניגודיות מופחתת. א...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פלטפורמת DIY זו (איור 10) משלבת פריסת אופטית קומפקטית, תאורה מתוכנתת ותוכנת בקרה בקוד פתוח, כדי לספק פתרון נגיש להדמיה ארוכת טווח בתוך חממות סטנדרטיות. בהשוואה למדמרות טיים-לאפס מסחריות ומערכות הדמיה משולבות 7,8, פלטפורמה מודפסת בתלת-ממד זו מפחיתה משמעותית עלויות תוך שמירה על הרזולוציה הנדרשת לתצפית שגרתית בתאים מתורבתים ועוברים מוקדמים. המערכת תומכת הן בתאורה בשדה בהיר והן בתאורה אלכסונית ללא רכיבים...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין אינטרסים כספיים במוצרים המתוארים בכתב יד זה ואין להם עוד מה לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה בקרן הפתיחה של מעבדת הכרונוביולוגיה המרכזית של NHC (אוניברסיטת סצ'ואן) (NHCC-2023-02), פרויקט המחקר הרפואי של מחוז סצ'ואן (S22014), פרויקט המחקר המדעי הרפואי של צ'נגדו (2024112), פרויקט המדע והטכנולוגיה של צ'נגדו (2024-YF05-00877-SN), פרויקט המחקר המדעי של אגודת בריאות האם והילד של סצ'ואן (2024FX01), ותוכנית קידום המחקר המדעי של תחום המלומד שינגלין בצ'נגדו אוניברסיטת הרפואה הסינית המסורתית (ZYTS2024012). המחברים רוצים להביע את תודתם הכנה למעבדת הכרונוביולוגיה המרכזית של NHC על התמיכה החיונית, ולבנג'ו צ'ן על עזרתו החשובה לאורך כל הפרויקט. התקציר הגרפי נוצר באמצעות BioRender.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
10× משימת אינסוף LWDחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=750667327346מטרה למרחקים ארוכים מתוקנת אינסוף, 10&;
2 &פעמים; ראש זכר עם 20 פיניםחלק סטנדרטי–ראש GPIO בגובה 2.54 מ"מ; כמות: 1
מיסב כדורי בגודל 5 מ"מחלק סטנדרטי–φ 5 פעמים; 10 פעמים; מיסב כדורי בקוטר 5 מ"מ; כמות: 1
מחברי תעופהחלק סטנדרטי–תקעי תעופה עם 2 ו-3 פינים; כמות: 2
מודול מצלמה (IMX219)Raspberry PiIMX219מצלמת Raspberry Pi V2; כמות: 1
מחזיק כבל CSI Aמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - csi_cable_holder_A.STL
מחזיק כבל CSI Bמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - csi_cable_holder_B.STL
פלטת אקריליק מפוזרתחלק סטנדרטי–72 & times; 107 מ"מ, 1 מ"מ עובי; כמות: 1
מתחם תחתוןמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - enclosure_lower. STL
החלק העליון של המתחםמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - enclosure_upper. STL
מחזיק לוחות באר כללימנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - general_well-plate_holder. STL
פלטת אקריליק בעלת העברה גבוההחלק סטנדרטי–116 & פעמים; 194 מ"מ, 2 מ"מ עובי; כמות: 1
פגז אור Aמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - light_shell_A.STL
פגז קל Bמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - light_shell_B.STL
מיסב ליניארי LM5UUחלק סטנדרטיLM5UUφ 5 פעמים; 10 פעמים; מיסב ליניארי 15 מ"מ; כמות: 4
בורג הקשה עצמי M2 שקועחלק סטנדרטי–M2 ו-times; 8 מ"מ; כמות: 4
בורג ראש כפתור M2 עם הקשה עצמיתחלק סטנדרטי–M2 ו-times; 10 מ"מ; כמות: 8
ברג משושה M2.5 (10 מ"מ)חלק סטנדרטי–M2.5 & פעמים; 10 מ"מ; כמות: 12
ברג שקע משושה M2.5 (8 מ"מ)חלק סטנדרטי–M2.5 & פעמים; 8 מ"מ; כמות: 12
בורג ראש-כפתור M3חלק סטנדרטי–M3 ופעמים; 20 מ"מ; כמות: 4
בורג ראש כפתור M3 + סט אומים M3 (10 מ"מ)חלק סטנדרטי–M3 ופעמים; ברג 10 מ"מ + אגוז M3; כמות: 20 סטים
ברג ראש כפתור M3 + סט אומים M3 (12 מ"מ)חלק סטנדרטי–M3 ופעמים; בורג 12 מ"מ + אגוז M3; כמות: 20 סטים
בורג ראש כפתור M3 + סט אומים M3 (15 מ"מ)חלק סטנדרטי–M3 ופעמים; בורג 15 מ"מ + אגוז M3; כמות: 20 סטים
תושבת לוח ראשמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - mainboard_bracket. STL
כרטיס microSDחלק סטנדרטי–מינימום 8 GB; מומלץ 32 GB ומעלה)
המסגרת האמצעיתמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - middle_frame. STL
לוח בקר OpenLapseמנהגמנהגקבצי PCB זמינים בקבצים משלימים
לוח מערך התאורה של OpenLapseמנהגמנהגקבצי PCB זמינים בקבצים משלימים
כבל FPC של מצלמת Raspberry Piחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=774536454547כבל CSI מ-22 פינים עד 15 פינים, 40 מ"מ
Raspberry Pi Zero 2 WRaspberry Pi–מחשב הבקרה הראשי; כמות: 1
טבעת מתאם RMS ל-SMLחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=711654577589טבעת המרה של RMS ל-SML
סוללת SMLמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - SML_bracket. STL
מחזיק צינורות SML05חלק סטנדרטיSML05 (https://detail.tmall.com/item.htm?id=613460973426)מחזיק אופטי
טבעת השמירה של SMLRRחלק סטנדרטיSMLRR (https://detail.tmall.com/item.htm?id=613460973426)טבעת תמך
אום הבורג עופרת T5 עם חיתוך פלנג' (זווית של 2 מ"מ)חלק סטנדרטי–T5 ו-times; אגוז בורג מוביל בזווית 2 מ"מ; כמות: 2
אגוז בורג עופרת T5 (זווית 2 מ"מ)חלק סטנדרטי–T5 ו-times; אגוז בורג מוביל בזווית 2 מ"מ; כמות: 1
מודול דרייבר TMC2209MKSTMC2209 (https://item.taobao.com/item.htm?id=782341270726)דרייבר מנוע סטפר
עדשת צינורחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=590466758183φ 25.4 מ"מ, אורך מוקד 50 מ"מ
תושבת ציר Xמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - x-axis_bracket. STL
מנוע סטפר בורג מוביל X-Axisחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=922508067421מנוע מסדרה 28 עם T5 × בורג עופרת 200 מ"מ, זווית של 2 מ"מ
מסילה ליניארית בציר X עם קרוןחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=837345295063מסילה בקוטר MGW9-200 מ"מ עם קרון MGW9H
כבל XH 2.54 מ"מ עם 3 פיניםחלק סטנדרטי–כבל מחבר זכר לזכר, 400 מ"מ; כמות: 1
סוגר ציר Y Aמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - y-axis_bracket_A.STL
סוגר ציר Y Bמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - y-axis_bracket_B.STL
מוט הכוונה ציר Yחלק סטנדרטי–φ 5 פעמים; ציר מדויק 170 מ"מ; כמות: 1
מנוע סטפר עם בורג מוביל בציר Yחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=788375595753מנוע מסדרה 28 עם T5 × בורג עופרת 150 מ"מ, זווית של 2 מ"מ
תושבת ציר Z Aמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - z-axis_bracket_A.STL
סוגר ציר Z Bמנהגמנהגרכיב מודפס בתלת-ממד: הדפסה תלת-ממדית - z-axis_bracket_B.STL
מוט ההנחיה ציר Zחלק סטנדרטי–φ 5 פעמים; ציר דיוק 80 מ"מ; כמות: 1
מנוע סטפר בורג מוביל ציר Zחלק סטנדרטיhttps://item.taobao.com/item.htm?id=922508067421מנוע מסדרה 28 עם T5 × בורג עופרת 50 מ"מ, זווית של 2 מ"מ

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kesavan, S. V., et al. High-throughput monitoring of major cell functions by means of lensfree video microscopy. Sci Rep. 4 (1), 5942 (2014).
  2. Massoner, P., et al. Novel mechanism of IGF-binding protein-3 action on prostate cancer cells: inhibition of proliferation, adhesion, and motility. Endocr Relat Cancer. 16 (3), 795-808 (2009).
  3. Matsui, T., et al. Neural stem cells directly differentiated from partially reprogrammed fibroblasts rapidly acquire gliogenic competency. Stem Cells. 30 (6), 1109-1119 (2012).
  4. Angelini, T. E., et al. Glass-like dynamics of collective cell migration. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (12), 4714-4719 (2011).
  5. Illingworth, P. J., et al. Deep learning versus manual morphology-based embryo selection in IVF: a randomized, double-blind noninferiority trial. Nat Med. 30 (11), 3114-3120 (2024).
  6. Chen, K., et al. Deep manifold learning reveals hidden developmental dynamics of a human embryo model. Sci Adv. 11 (32), eadr8901 (2025).
  7. Merces, G. O., et al. The Incubot: a 3D printer-based microscope for long-term live cell imaging within a tissue culture incubator. HardwareX. 9, e00189 (2021).
  8. Toulany, N., et al. Uncovering developmental time and tempo using deep learning. Nat Methods. 20 (12), 2000-2010 (2023).
  9. Tran, D., Cooke, S., Illingworth, P. J., Gardner, D. K. Deep learning as a predictive tool for fetal heart pregnancy following time-lapse incubation and blastocyst transfer. Human Reprod. 34 (6), 1011-1018 (2019).
  10. Berdeu, A., et al. Comparative study of fully three-dimensional reconstruction algorithms for lens-free microscopy. Appl Opt. 56 (13), 3939-3951 (2017).
  11. Wenzel, T. Open hardware: From DIY trend to global transformation in access to laboratory equipment. PLoS Biol. 21 (1), e3001931 (2023).
  12. Gürkan, G., et al. Incu-Stream 1.0: an open-hardware live-cell imaging system based on inverted bright-field microscopy and automated mechanical scanning for real-time and long-term imaging of microplates in incubator. IEEE Access. 7, 58764-58779 (2019).
  13. Jin, D., et al. Compact wireless microscope for in situ time-course study of large-scale cell dynamics within an incubator. Sci Rep. 5 (1), 18483 (2015).
  14. Diederich, B., et al. A versatile and customizable low-cost 3D-printed open standard for microscopic imaging. Nat Commun. 11 (1), 5979 (2020).
  15. Badon, A., et al. The Incubascope: a simple, compact and large field-of-view microscope for long-term imaging inside an incubator. R Soc Open Sci. 9 (2), 211444 (2022).
  16. Zehrer, A. C., Martin-Villalba, A., Diederich, B., Ewers, H. An open-source, high-resolution, automated fluorescence microscope. Elife. 12, RP89826 (2024).
  17. Kim, J., Henley, B. M., Kim, C. H., Lester, H. A., Yang, C. Incubator-embedded cell culture imaging system (EMSight) based on Fourier ptychographic microscopy. Biomed Opt Express. 7 (8), 3097-3110 (2016).
  18. Ly, V. T., et al. Picroscope: low-cost system for simultaneous longitudinal biological imaging. Commun Biol. 4 (1), 1261 (2021).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

DIYRaspberry PiLED

מאמרים קשורים