Методическая статья

Самостоятельная и 3D-печатная платформа для таймлапс-визуализации для наблюдения живых клеток в инкубаторе

DOI:

10.3791/70424

⸱

15 мая 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Этот протокол описывает недорогую трёхмерную (3D)-печатную платформу для таймлапс-изображений, управляемую Raspberry Pi, разработанную для использования в стандартных инкубаторах. Используется программируемое светодиодное освещение (LED) для получения ярких или косых изображений, а также работает открытое программное обеспечение на Python для автоматизированных рабочих процессов с таймлапсом.

Аннотация

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

Интегрированные системы микроскопии в инкубаторе и универсальные инкубаторы таймлапс культуры часто дорогие и проприетарные, что ограничивает доступность и индивидуализацию. Существуют альтернативы с открытым исходным кодом, но часто связаны с компромиссами в производительности изображения, контроле освещения или адаптивности. Здесь мы описываем самостоятельную (DIY), недорогую трёхмерную (3D)-печатную платформу для таймлапс-визуализации, предназначенную для использования в стандартных инкубаторах клеточной культуры. Устройство оснащён контроллером на базе Raspberry Pi с приводом в действие шагового мотора и программируемой светодиодной подсветкой (LED), которая поддерживает как режимы яркого, так и косого освещения. Система поддерживает автоматизированное многоколодное изображение, запланированное таймлапс-получение и предварительный просмотр в реальном времени с помощью открытого программного обеспечения на Python. Валидация эффективности показала надежную долгосрочную визуализацию культивированных клеток и ранних эмбрионов с стабильной работой в условиях инкубатора. Испытания оптического разрешения с использованием мишени ВВС США (USAF) 1951 года подтвердили минимально разрешимую особенность примерно 1,55 мкм. Оценка движения показала низкий дрейф и высокую повторяемость, при этом точность позиционирования близко соответствовала командным перемещениям. Система совместима с несколькими форматами пластин и может быть адаптирована для специализированных культурных установок. В целом, эта платформа предоставляет экономичное, воспроизводимое и настраиваемое решение для долгосрочной визуализации живых клеток и эмбрионов в лабораторных условиях.

Введение

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

Визуализация живых клеток широко применяется в биологических исследованиях для изучения динамических клеточных процессов, включая пролиферациюклеток 1,2, дифференцировку3,миграцию 4 и, в частности, раннее эмбриональное развитие для оценки качества эмбриона в лабораторияхЭКО 5,6. Существующие решения в основном включают камерные микроскопическиесистемы 7 и интегрированные инкубаторыс таймлапсом 8. Хотя эти платформы позволяют делать длительное таймлапс-изображение в контролируемых условиях окружающей среды, они остаются дорогими и в значительной степени закрытымисходным кодом 9. Эти ограничения ограничивают доступность для небольших лабораторий и ограничивают гибкость для индивидуальных экспериментальных рабочих процессов или специализированных исследовательскихсценариев 10, 11.

В последние годы было представлено множество индивидуальных системвизуализации 12, 13, 14. Мерсес и др. сообщил экономичный микроскоп, изготовленный из механической структуры 3D-принтера и работающий внутриинкубатора 7, демонстрируя гибкий и доступный подход. Бэйдон и др .разработал Incabascope15 — компактный индивидуальный микроскоп, который недорогой и прост в эксплуатации, при этом обеспечивая высокие характеристики визуализации. Зерер и др. описали автоматический флуоресцентныймикроскоп 16 с открытым исходным кодом, который дополнительно расширяет возможности визуализации за счёт использования высокоразрешающей флуоресцентной визуализации. Также были предложены дополнительные инкубаторные системы. EmSight, разработанный Кимом и др., применяет фурье-птихографическую микроскопию для поддержки многоугольного наблюдения17, а Picroscope Ли и др. позволяет продольную визуализацию несколькихобразцов 18. Хотя эти системы охватывают различные аспекты инкубаторной визуализации, каждая из них адаптирована под конкретные приложения или форматы пластин, что оставляет возможности для более широкой совместимости и масштабного изображения. Некоторые проекты также требуют более высокой стоимости, тогда как другие не являются полностью открытыми, что делает воспроизведение и модификацию менее доступными.

Здесь мы представляем систему визуализации в инкубаторе, построенную из 3D-печатных компонентов, индивидуально разработанной печатной платы (PCB) и широко доступных стандартных деталей. Систему можно собрать простым способом, и с помощью сменных держателей пластин она обеспечивает полное покрытие пластин на 6, 12, 24 и 96 лунок. Его также можно адаптировать для специализированных форматов культуры, включая 12-колодцевые эмбриональные посуды. Система интегрирует программируемую подсветку, обеспечивающую умное и эффективное освещение, а также недорогую камеру высокого разрешения, обеспечивающую высокую производительность съёмки. Такое сочетание обеспечивает стабильное освещение и надёжное качество изображения для долгосрочной съёмки живых клеток.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Линии опухолевых клеток и эмбрионы животных были получены в Ключевой лаборатории хронобиологии NHC (Сычуаньский университет) и обработаны в соответствии с протоколами, утверждёнными местным институциональным советом и этическим комитетом, а также соответствующим национальным нормативным актам. Этот метод не должен применяться напрямую в клинической практике или применяться для культуры человеческих эмбрионов без достаточной экспериментальной валидации.

ПРИМЕЧАНИЕ: Аппаратное обеспечение (файлы дизайна печатных плат и 3D-модели/файлы STL) выпускается под лицензией CERN Open Hardware License Version 2 – Strong Reciprocal (CERN-OHL-S-2.0), а программное обеспечение (графический интерфейс контроллера и бэкенд Raspberry Pi) — под лицензией MIT. Все файлы дизайна и исходный код доступны публично через репозиторий проекта GitHub.

1. 3D печати

  1. Скачайте и распечатайте 3D-файлы, указанные в Таблице материалов, которые доступны в папке Supplemental Files Zip (Дополнительный файл 1) или в каталоге STL репозитория GitHub (https://github.com/michael513823-sys/OpenLapse).
  2. Большинство деталей изготавливаются с помощью обычного 3D-принтера с рабочим объёмом 250 мм × 250 мм × 250 мм, но корпус и средняя рама (которые достигают до 312 мм в самой широкой точке) требуют принтера большего формата для цельной печати.
    1. Если детали нужно печатать по секциям, не добавляйте штифты выравнивания на вырезанные поверхности. Также рекомендуется печатать все компоненты на одном и том же 3D-принтере, желательно на том, который прошёл калибровку XYZ, чтобы снизить проблемы с посадкой.
  3. При печати включите опоры в слайсере и установите их на опору только на платформе , чтобы не блокировать монтажные отверстия. Используйте высоту слоя 0,2 мм и заполнение 50% или корректируйте по опыту.
  4. Изготавливайте детали с помощью стандартного настольного или коммерческого 3D-принтера.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Предоставленные файлы дизайна выполнены в формате STL и могут быть обработаны с помощью широко доступного программного обеспечения для слайсирования. Полимолочная кислота (PLA) рекомендуется в качестве печатного материала из-за её общей пригодности для лабораторного использования; При необходимости предпочтительнее использовать материалы с подтверждённой низкой цитотоксичностью. Опциональные заранее настроенные файлы для слайсов предоставляются в дополнительных материалах для справки и могут адаптироваться для разных принтеров по мере необходимости.
  5. После печати аккуратно снимите опоры и отшлифуйте поддерживаемые поверхности гладко. Для срезанных деталей используйте цианоакрилатный клей для склеивания разрезанных поверхностей и дайте не менее 6 часов отверждения, прежде чем продолжить сборку.

2. Сборка оси Z и модуля визуализации (рисунок 1)

figure-protocol-1
Рисунок 1: Сборка механизма фокусировки по оси Z и модуля визуализации. Пошаговая иллюстрация процесса сборки системы фокусировки по оси Z и модуля визуализации. (A) Подготовка кронштейна оси Z с встроенными гайками для крепления компонентов. (B) Установка вспомогательных компонентов, включая держатель кабеля CSI и гайку фланца. (C) Сборка оптического модуля, включая объективную линзу, трубочную линзу и адаптер, затем интеграция в поддерживающий кронштейн. (D) Монтаж оптического модуля на кронштейн оси Z с выравниванием оптической оси с отверстием сенсора CMOS. (E) Установка линейных подшипников в кронштейн оси Z. (F) Интеграция направляющего стержня, фланцевого компонента, линейных подшипников и шагового двигателя для формирования системы движения. (G) Соединение кронштейнов оси Z с помощью направляющих стержней и зацепление винта с гайкой. (H) Установка CMOS-модуля изображения (Raspberry Pi Camera V2) на систему. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Подготовьте стандартные компоненты, указанные в Таблице материалов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Винты уже были включены с резервированием, а оставшиеся изделия можно приобрести с небольшим излишком по мере необходимости.
  2. Установите крепящие винты (рисунок 1A). Вставьте гайки M3 в прорези кронштейна оси B по оси Z, затем вкрутите винты M3 диаметром 10–15 мм. На этом этапе не затягивайте винты полностью — окончательное затягивание следует выполнять во время сборки, чтобы не мешать установке линейных подшипников и оптических компонентов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Похожие крепежные конструкции встречаются в нескольких других компонентах и не будут повторяться в следующих инструкциях.
  3. Вставьте держатель кабеля CSI A в Т-образный слот кронштейна по оси Z B (рисунок 1B,E). Вставьте гайку винта T5 в монтажное углубление, затем закрепите её винтом M3 и гайкой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство гайок свинцовых винтов T5 изготовлены из PTFE и не должны быть чрезмерно затягиваны, чтобы избежать деформации.
  4. Установите оптическую сборку (рисунок 1C). Продеть объектив 10× в внутренние резьбы RMS кольца адаптера RMS-to-SML. Вставьте 50-мм камерный объектив в держатель трубки SML05, затем прикрутите адаптерное кольцо к SML05, чтобы закрепить объектив.
  5. Если на этом этапе трубчатую линзу невозможно прочно удержать, сначала используйте фиксирующее кольцо SMLRR , а затем вставляйте адаптер RMS-to-SML. Наконец, прикрутите SML05 к кронштейну SML , чтобы завершить оптическую сборку.
  6. Установите оптическую сборку в кронштейн по оси Z B (рисунок 1D). Обратите внимание, что брекет SML не является центрально симметричным, поэтому убедитесь, что его ориентация правильна, чтобы отверстие объектива было концентрично с отверстием CMOS.
  7. Затяните винты M3 с обеих сторон, чтобы закрепить оптическую сборку. Затем установите два линейных подшипника диаметром 5 мм (рисунок 1E).
  8. Установка кронштейна по оси Z A (рисунок 1F). Вставьте направляющий штанг толщиной 80 мм в нижнее левое отверстие кронштейна оси A и закрепите его винтом и гайкой M3. Вставьте гайку винта T5 с отрезанным фланцем и закрепите её саморезным винтом M2.
  9. Вставьте два линейных подшипника и закрепите их на месте. Поместите 50-мм винтовой шаговый мотор в его крепёжное сиденье и закрепите его винтами M2.5.
  10. Соберите готовые секции кронштейнов A и оси Z (Рисунок 1G).
    1. Сначала вставьте направляющий стержень кронштейна оси A в линейные подшипники кронштейна оси B по оси Z. Аккуратно поверните свинцовый винт на секции A вручную, чтобы он врезался в гайку свинцового винта на секции B.
    2. Если при повороте винта свинца возникает заметное сопротивление, немного ослабьте винты M3, которые фиксируют линейные подшипники на секции B; однако не ослабляйте их настолько, чтобы подшипники могли выпасть.
  11. Снимите узел объектива из модуля камеры Raspberry Pi V2, оставив на месте только CMOS-сенсор. Установите CMOS и плату на нижнюю часть кронштейна B по оси Z и закрепите их саморезными винтами M2.
  12. Подключите кабель FPC камеры к плате модуля, затем аккуратно проведите кабель через слот держателя кабеля CSI A, чтобы закрепить его на месте.

3. Сборка платформы движения среднего кадра (рисунок 2)

figure-protocol-2
Рисунок 2: Сборка средней рамы и механизма движения XY. Пошаговая иллюстрация процесса сборки среднего кадра и системы трансляционного движения XY. (A) Установка направляющих по оси X и крепления на центральную раму. (B) Сборка кронштейнов оси Y на направляющие по оси X и интеграция гайки винта. (C) Установка шагового двигателя по оси X и соединение с винтом для вывода. (D) Интеграция винта по оси Y, мотора, направляющего стержня и компонентов подшипника для завершения системы движения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Установите линейные рельсы по оси X и кронштейн по оси X (рисунок 2A). Поставьте две линейные рельсы по оси X на среднюю раму и вставьте винты M3 для их закрепления.
  2. Во время установки не снимайте каретные блоки с рельсов, так как их может быть трудно установить или повредить. Далее закрепите кронштейн оси X на среднюю раму и закрепите его винтами M3.
  3. Установите кронштейны по оси Y (рисунок 2B). Поставьте кронштейны осей Y A и кронштейны Y оси B на блоки каретки по оси X, выровняйте монтажные отверстия и закрепите их винтами M3.
  4. Вставьте гайку винта T5 с разрезанным фланцом в монтажное отверстие кронштейна Y оси B и закрепите её саморезным винтом M2.
  5. Вставьте свинцовый винт шагового двигателя по оси X через центральное отверстие кронштейна оси X и вкрутите винт в установленную гайку винта T5 с разрезанным фланцем примерно на 20 мм. Закрепите мотор на кронштейне оси X с помощью винтов M2.5 (рисунок 2C). Проверьте, плавно ли вращается свинцовый винт.
  6. Если ощущается чрезмерное сопротивление, немного ослабьте саморезящийся винт, закрепляющий гайку винта T5 и крепления кронштейна оси X, затем нанесите клей для закрепления гайки после правильного выравнивания.
  7. Установите ось Z и сборку изображения на кронштейны оси Y (рисунок 2D). Вставьте шарикоподшипник диаметром 5 мм в седло подшипника кронштейна A по оси Y и закрепите его винтом M3.
  8. Пропустите свиночный винт шагового мотора оси Y через гайку свинцового винта на кронштейне оси A в монтажном узле, затем вставьте его через внутренний отверстие подшипника.
  9. Проведите направляющий стержень диаметром 5 мм через линейные подшипники кронштейна оси A по оси Z, соединяя два кронштейна оси Y, и закрепите обе стороны винтами M3. Поверните винт по оси Y, чтобы проверить, плавное ли движение.

4. Сборка подсветки и корпуса (рисунок 3)

figure-protocol-3
Рисунок 3: Сборка корпуса и модуля подсветки. Пошаговая иллюстрация процесса сборки корпуса и интегрированной системы подсветки. (A) Прокладка моторных кабелей под средней рамой и соединение с платой драйвера. (B) Установка управляющих компонентов, включая Raspberry Pi Zero и плату драйвера, в нижний корпус. (C) Интеграция подключений питания и подсветки с внешними разъёмами. (D) Размещение и выравнивание центральной рамы на нижнем корпусе с завершением электрических соединений. (E) Установка прозрачной пластины и сборка верхнего и нижнего корпусов. (F) Герметизация террариума для улучшения экологической изоляции. (G) Размещение держателя пластины скважины на наблюдательном окне. (H) Сборка модуля подсветки и интеграция в корпус. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Проведите кабели, как показано на рисунке 3A. Провода шаговых моторов осей X и Y опускаются вниз через передние отверстия средней рамы, а кабель мотора по оси Z должен быть проложен вниз через отверстие заднего троса.
  2. Переместите каждый мотор в максимально дальнее от его отверстия, чтобы определить максимальную требуемую длину троса. Убедившись, что длины кабелей подходят, закрепите кабели горячим клеем.
  3. Установите собранный Raspberry Pi Zero 2 W и плату контроллера на кронштейн материнской платы и закрепите их винтами и гайками M3. Вставьте кронштейн материнской платы в соответствующий слот нижней части корпуса (рисунок 3B).
  4. Подключите подсветку и кабели питания (рисунок 3C). Отрежьте 3-контактный кабель XH и вставьте конец XH в разъём управления подсветкой на плате контроллера; Подключите свободный конец к женской стороне трёхконтактного авиационного разъёма и закрепите его на корпусе, затем другой свободный конец подключите к мужскому 3-контактному авиационному разъёму и подключите его XH конец в розетку платы осветительной массивы.
  5. Проведите питание от клеммы на плате контроллера на женскую сторону двухконтактного авиационного разъёма, следуя полярности, указанной шелкографом на плате управления, и используйте блок питания постоянного тока 12 В, способный обеспечить стабильный ток не менее 5 А.
  6. Подключите кабели шагового мотора к соответствующим портам на плате контроллера. Убедившись, что все соединения надёжны, разместите среднюю раму на корпусе ниже и выровняйте его с монтажными отверстиями M3 (рисунок 3D).
  7. Вырежьте акриловый лист диаметром 2 мм с высокой пропускной платой до размеров 116 × 194 мм и прикрепите его к окну верхней части корпуса с помощью силиконовой резины (рисунок 3E). Обратите внимание, что стеклянная пластина может обеспечивать лучшую характеристику изображения, но резать её сложнее. Установите верхнюю часть корпуса на среднюю раму и приложите силиконовую резину вдоль швов, если требуется улучшение герметизации (рисунок 3F). При использовании клеточных культурных пластин размещайте общий держатель пластины над окном обзора (рисунок 3G).
  8. Соберите массив подсветки (рисунок 3H). Вставьте плату светового массива в 3D-печатную световую оболочку A, вставьте акриловую или стеклянную диффузорную пластину диаметром 1 мм, затем закройте её световой оболочкой B и закрепите сборку саморезными винтами M2.

5. Электроника и проводка (рисунок 4)

figure-protocol-4
Рисунок 4: Основные электронные компоненты и интеграция системы. Обзор ключевых электронных компонентов, используемых в системе, и их собранной конфигурации. В верхнем ряду изображены отдельные компоненты, включая Raspberry Pi Zero 2 W, драйверные модули TMC2209, плату контроллера, камеру Raspberry Pi V2 и плату освещения. В нижнем ряду изображены собранные схемы управления и драйвера, в которых Raspberry Pi интегрирован с контроллером и драйверами мотора, а также сетка светодиодов с подсветкой, настроенная для подсветки пластин с несколькими лунками. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 4 показаны самые важные электронные компоненты, использованные в этом проекте, а остальные элементы представлены в Таблице материалов. Плата контроллера и платы массивы освещения не производятся массово; их файлы дизайна печатных плат доступны публично в репозитории GitHub или дополнительных файлах (Дополнительный файл 1), в каталоге «PCB». Этот репозиторий включает схемы, файлы изготовления Gerber и список материалов (BOM). Пользователи могут скачать эти файлы и отправить их производителю печатных плат для индивидуального изготовления. Компоненты могут паяться вручную, или с помощью SMT-сборочных сервисов можно получить полностью собранные платы напрямую.

  1. При покупке Raspberry Pi Zero 2 W обязательно выбирайте версию без предварительно припаянных разъёмов, так как короткая сторона 2×20-контактного мужского разъёма должна быть вставлена снизу контактов Pi Zero и припаяна на место — нестандартная позиция.
  2. После пайки вставьте плату в контроллер. Затем установите драйверный модуль TMC2209 в три разъёма драйвера мотора.
  3. Проведите функциональный тест перед сборкой оставшихся частей. Для этого необходимо подключить модуль камеры к Raspberry Pi Zero с помощью кабеля CSI FFC (кабель нужно вставлять или снимать только при выключении системы). Затем подключите каждый шаговый мотор к 4-контактным разъёмам рядом с драйверными модулями TMC2209.

6. Установка и настройка программного обеспечения (рисунок 5)

figure-protocol-5
Рисунок 5: Пользовательский интерфейс программного обеспечения управления. Обзор графического пользовательского интерфейса, используемого для управления системой, получения изображений и автоматизированного сканирования пластин скважин. (A) Интерфейс предварительного просмотра, отображающий получение изображений в реальном времени с управлением настройками освещения, захватом изображения и ручным перемещением сцены. (B) Интерфейс задач захвата, показывающий компоновку многоядренных пластин для автоматизированного сканирования, включая выбор скважины, параметры обнаружения и управление выполнением задач. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Настройка системы: установите Raspberry Pi OS с помощью Raspberry Pi Imager. Выберите Raspberry Pi Zero 2 W в качестве целевого устройства и выберите 32-битную систему без рабочего стола для снижения накладных расходов производительности. Используйте microSD-карту (рекомендуется минимум 8 ГБ; 32 ГБ и больше).
  2. Настройка сети: В настройках имиджера включите SSH, установите имя пользователя и пароль, а также настройте Wi-Fi соединение. После прошивки вставьте microSD-карту в Raspberry Pi и включите её.
  3. Установка и настройка программного обеспечения на стороне Raspberry Pi: следуйте инструкциям в каталоге Raspi репозитория GitHub, чтобы клонировать проект и установить встроенное ПО на Raspberry Pi. Выполните необходимые этапы конфигурации, включая установку зависимостей и настройку системы.
  4. Установка и настройка программного обеспечения на стороне ПК: Установите и настройте управляющее ПО на ПК или Mac, следуя инструкциям в каталоге Controller того же репозитория. Убедитесь, что все необходимые зависимости установлены и правильно настроена программная среда.
  5. Подключение и верификация: Запустите интерфейс контроллера на ПК или Mac. Используйте автоматический поиск , чтобы найти Raspberry Pi и установить соединение. Проверьте успешную коммуникацию, проверяя движение ступени и подтверждая предварительный просмотр камеры в реальном времени.
  6. Работа: Настройте параметры получения в программном обеспечении управления, включая тип пластины, выбранные скважины, интервал захвата и название задачи. Система поддерживает до 96 скважин и автоматически устанавливает минимальные интервальные ограничения.
  7. Дополнительные ресурсы: Дополнительные подробные инструкции, конфигурационные файлы и руководства по устранению неполадок доступны в репозитории GitHub.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Тестирование разрешения
Для оценки оптического разрешения модуля для съёмки была сфотографирована мишень с разрешением USAF 1951 при ярком освещении с использованием объектива 10×. Были получены RAW-изображения с разрешением 3840 × 2160 пикселей. Как показано на рисунке 6A, пары линий были чётко разрешены в расширенной центральной области. На основе визуального осмотра наименьший разрешимый объект был идентифицирован как группа 8, элемент...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Эта DIY-платформа (рисунок 10) интегрирует компактную оптическую компоновку, программируемое освещение и программное обеспечение управления открытым исходным кодом, обеспечивая доступное решение для долгосрочной обработки изображений внутри стандартных инкубаторов. По сравнению с коммерческими инкубаторами с таймлапсом и интегрированными системами визуализации 7,8, эта 3D-печатная платформа значитель...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы не имеют финансовых интересов в продуктах, описанных в этой рукописи, и им больше нечего раскрывать.

Благодарности

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

Эта работа была поддержана Фондом открытия Ключевой лаборатории хронобиологии NHC (Сычуаньский университет) (NHCC-2023-02), Медицинским исследовательским проектом провинции Сычуань (S22014), Научно-исследовательским проектом Чэнду (2024112), Научно-исследовательским проектом Чэнду (2024-YF05-00877-SN), Научным исследовательским проектом Ассоциации здоровья матери и ребёнка Сычуани (2024FX01) и Программой научного продвижения талантов в области научных исследований Xinglin Scholar Discipline Discipline в Чэнду Университет традиционной китайской медицины (ZYTS2024012). Авторы выражают искреннюю благодарность Ключевой лаборатории хронобиологии NHC за оказанную важную поддержку, а также Банчжу Чэню за его ценную помощь на протяжении всего проекта. Графический аннотация была создана с помощью BioRender.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
10 раз; LWD Infinity ObjectiveСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=750667327346Объектив для дальнего рабочего расстояния с корректировкой бесконечности, 10 раз;
2 и раза; 20-кеглевый мужской коллекторСтандартная часть–Коллектор GPIO с шагом 2,54 мм; Количество — 1
Шарикоподшипник с ID диаметром 5 ммСтандартная часть–φ 5 и раз; 10 и больше раз; шарикоподшипник диаметром 5 мм; Количество — 1
Авиационные соединителиСтандартная часть–2- и 3-контактные авиационные вилки; Количество: 2
Модуль камеры (IMX219)Raspberry PiIMX219Raspberry Pi Camera V2; Количество — 1
Держатель кабеля CSI AОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - csi_cable_holder_A.STL
Держатель кабеля CSI BОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - csi_cable_holder_B.STL
Диффузная акриловая пластинаСтандартная часть–72 и раза; 107 мм, толщина 1 мм; Количество — 1
Нижний корпус огражденияОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — enclosure_lower. STL
Верхняя часть огражденияОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — enclosure_upper. STL
Общий держатель пластин скважиныОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — general_well-plate_holder. STL
Акриловая пластина с высокой трансмиссиейСтандартная часть–116 и раз; 194 мм, толщина 2 мм; Количество — 1
Лёгкая оболочка AОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - light_shell_A.STL
Лёгкая ракушка BОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - light_shell_B.STL
Линейный подшипник LM5UUСтандартная частьLM5UUφ 5 и раз; 10 и больше раз; линейный подшипник 15 мм; Количество: 4
Саморезной винт M2 с втопленным саморезомСтандартная часть–M2 и раз; 8 мм; Количество: 4
Самонарезной винт с головкой кнопки M2Стандартная часть–M2 и раз; 10 мм; Количество — 8
Шестишестигранный винт M2.5 (10 мм)Стандартная часть–M2.5 и раз; 10 мм; Численность: 12
Шестигранный винт M2.5 (8 мм)Стандартная часть–M2.5 и раз; 8 мм; Численность: 12
Винт с головкой кнопки M3Стандартная часть–M3 и раз; 20 мм; Количество: 4
Винтовка с головкой кнопки M3 + набор гайок M3 (10 мм)Стандартная часть–M3 и раз; Винт 10 мм + гайка M3; Численность: 20 комплектов
Винт с головкой кнопки M3 + набор гайок M3 (12 мм)Стандартная часть–M3 и раз; 12 мм винт + гайка M3; Численность: 20 комплектов
Винт с головкой кнопки M3 + набор гайок M3 (15 мм)Стандартная часть–M3 и раз; Винт 15 мм + гайка M3; Численность: 20 комплектов
Кронштейн материнской платыОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — mainboard_bracket. STL
microSD-картаСтандартная часть–минимум 8 ГБ; Рекомендуется 32 ГБ и больше)
Средняя рамаОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — middle_frame. STL
Плата контроллера OpenLapseОбычайОбычайФайлы печатных плат доступны в дополнительных файлах
Плата OpenLapse Illumination ArrayОбычайОбычайФайлы печатных плат доступны в дополнительных файлах
Кабель FPC камеры Raspberry PiСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=77453645454722-контактный на 15-контактный, 40 мм CSI-кабель
Raspberry Pi Zero 2 WRaspberry Pi–Главный управляющий компьютер; Количество — 1
Адаптерное кольцо RMS-to-SMLСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=711654577589Кольцо преобразования RMS в SML
Сетка SMLОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — SML_bracket. STL
Держатель трубки SML05Стандартная частьSML05 (https://detail.tmall.com/item.htm?id=613460973426)Оптический держатель
Фиксирующее кольцо SMLRRСтандартная частьSMLRR (https://detail.tmall.com/item.htm?id=613460973426)Упорное кольцо
T5 Cut-Flange Lead Screw Nut (шаг 2 мм)Стандартная часть–T5 и времена; гайка свинцового винта с шагом 2 мм; Количество: 2
Свинцовая гайка T5 (шаг 2 мм)Стандартная часть–T5 и времена; гайка свинцового винта с шагом 2 мм; Количество — 1
TMC2209 Драйверный модульMKSTMC2209 (https://item.taobao.com/item.htm?id=782341270726)Драйвер шагового двигателя
Трубчатая линзаСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=590466758183φ 25,4 мм, фокусное расстояние 50 мм
Скобка по оси XОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать — x-axis_bracket. STL
Шаговый двигатель с свинцовым винтом по оси XСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=922508067421двигатель 28-й серии с T5 и временными двигателями; Свинцовый винт 200 мм, шаг 2 мм
Линейная рельс по оси X с кареткойСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=837345295063Рельсы MGW9-200 мм с кареткой MGW9H
XH 2,54 мм 3-контактный кабельСтандартная часть–Кабель разъёма между мужчинами и мужчинами, 400 мм; Количество — 1
Скобка по оси Y AОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - y-axis_bracket_A.STL
Скобка по оси Y BОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-печать - y-axis_bracket_B.STL
Направляющий стержень по оси YСтандартная часть–φ 5 и раз; точный вал 170 мм; Количество — 1
Шаговый двигатель с свинцовым винтом по оси YСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=788375595753двигатель 28-й серии с T5 и временными двигателями; Свинцовый винт 150 мм, шаг 2 мм
Скобка по оси Z AОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-Print - z-axis_bracket_A.STL
Кронштейн по оси Z BОбычайОбычай3D-печатный компонент: 3D-Print - z-axis_bracket_B.STL
Направляющий стержень по оси ZСтандартная часть–φ 5 и раз; 80 мм прецизионный вал; Количество — 1
Шаговый двигатель с свинцовым винтом по оси ZСтандартная частьhttps://item.taobao.com/item.htm?id=922508067421двигатель 28-й серии с T5 и временными двигателями; 50 мм свинцовый винт, шаг 2 мм

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

3DRaspberry Pi

Похожие статьи