$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tümör hücre hatları ve hayvan embriyoları, Sichuan Üniversitesi NHC Kronobiyoloji Ana Laboratuvarı'ndan alındı ve yerel kurumsal inceleme kurulu ve etik komitesi tarafından onaylanan protokollere ile ilgili ulusal düzenlemelere uygun olarak işlendi. Bu yöntem, yeterli deneysel doğrulama olmadan doğrudan klinik uygulamada veya insan embriyosu kültüründe kullanılmamalıdır.
NOT: Donanım (PCB tasarım dosyaları ve 3D modeller/STL dosyaları) CERN Açık Donanım Lisansı Sürüm 2 – Güçlü Karşılıklı (CERN-OHL-S-2.0) altında yayımlanır ve yazılım (Kontrolör masaüstü arayüzü ve Raspberry Pi arka uçu) MIT Lisansı altında yayımlanır. Tüm tasarım dosyaları ve kaynak kodu proje GitHub deposu üzerinden halka açık olarak erişilebilir.
1. 3D baskı
- Materyaller Tablosu'nda listelenen 3D dosyaları indirin ve yazdırın; bu dosyalar, ek dosya zip klasöründe (Ek Dosya 1) veya GitHub deposunun STL dizininde (https://github.com/michael513823-sys/OpenLapse) bulunabilir.
- Çoğu parça, 250 mm × 250 mm × 250 mm çalışma hacmiyle ortak bir 3D yazıcı ile üretin, ancak kutu ve orta çerçeve (en geniş noktalarında 312 mm'ye kadar ulaşan) tek parça baskı için daha büyük formatlı bir yazıcı gerektirir.
- Parçalar bölüm halinde basılması gerekiyorsa, kesilen yüzeylere hizalama pinleri eklemeyin. Ayrıca, uyum toleransı sorunlarını azaltmak için tüm bileşenlerin, tercihen XYZ kalibrasyonundan geçmiş bir 3D yazıcıya yazdırılması tavsiye edilir.
- Yazdırırken, dilimleyicideki destekleri etkinleştirin ve montaj deliklerini kapatmamak için sadece yapı plakasına destek ayarlayın. 0,2 mm katman yüksekliği ve %50 dolgu kullanın ya da deneyime göre ayarlayın.
- Standart masaüstü veya ticari 3D yazıcı kullanarak parça üretin.
NOT: Sunulan tasarım dosyaları STL formatındadır ve yaygın olarak sunulan dilimleme yazılımı kullanılarak işlenebilir. Polilaktik asit (PLA), laboratuvar kullanımı için genel uygunluğu nedeniyle baskı malzemesi olarak tavsiye edilir; Uygun olduğunda doğrulanmış düşük sitotoksisiteye sahip malzemeler tercih edilir. Ek materyallerde referans olarak isteğe bağlı önceden yapılandırılmış dilimleme dosyaları sağlanır ve ihtiyaç duyuldukça farklı yazıcılar için uyarlanabilir.
- Baskıdan sonra destekleri dikkatlice çıkarın ve desteklenen yüzeyleri pürüzsüz hale getirin. Kesilen parçalar için, kesilen yüzeyleri bağlamak için siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın ve sonraki montaja devam etmeden önce en az 6 saat kürlenmeye izin verin.
2. Z ekseni ve görüntüleme modülünün montajı (Şekil 1)
Şekil 1: Z eksenli odaklama mekanizması ve görüntüleme modülünün montajı. Z ekseni odaklama sistemi ve görüntüleme modülünün montaj sürecinin adım adım illüstrasyonu. (A) Bileşen montajı için gömülü somunlarla Z eksenli braketin hazırlanması. (B) CSI kablo tutucu ve flanş somunu dahil olmak üzere yardımcı bileşenlerin montajı. (C) Optik modülün, objektif lens, tüp lens ve adaptörün montajı, ardından destek braketine entegrasyon. (D) Optik modülün Z eksenli braketine monte edilmesi, optik eksenin CMOS sensör açıklığına hizalanması. (E) Z ekseni braketine doğrusal rulmanların yerleştirilmesi. (F) Kılavuz çubuğunun, flanş bileşeninin, lineer rulmanların ve step motorun hareket sistemini oluşturmak için entegrasyonu. (G) Z ekseni braketlerinin kılavuz çubuklarla bağlanması ve leadvidanın somuna ile bağlanması. (H) CMOS görüntüleme modülünün (Raspberry Pi Camera V2) sisteme takılması. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
- Malzeme Tablosu'nda listelenen standart bileşenleri hazırlayın.
NOT: Vidalar zaten yedek olarak dahil edilmiştir ve kalan ürünler ihtiyaç duyulduğunda küçük bir fazlalıkla satın alınabilir.
- Montaj vidalarını takın (Şekil 1A). M3 somunlarını Z eksenli braket B'nin somun yuvalarına yerleştirin, ardından 10–15 mm M3 vidalarını yerlerine geçirin. Bu aşamada, vidaları tamamen sıkmayın—son sıkma, lineer rulmanların ve optik bileşenlerin kurulumunu engellemek için montaj sırasında yapılmalıdır.
NOT: Benzer sabitleme yapıları birçok başka bileşende de bulunur ve aşağıdaki talimatlarda tekrarlanmaz.
- CSI kablo tutucu A'yı Z ekseni braketi B'nin T-yuvasına yerleştirin (Şekil 1B,E). T5 lead vida somununu montaj yuvasına yerleştirin, ardından M3 vida ve somunla sabitleyin.
NOT: Çoğu T5 lead vida somunu PTFE'den yapılır ve deformasyonu önlemek için aşırı sıkılması gerekmez.
- Optik montajı kurun (Şekil 1C). 10× objektîfi RMS-SML adaptör halkasının iç RMS ipliklerine geçirin. 50 mm tüp lensi SML05 tüp tutucusuna yerleştirin, ardından adaptör halkasını SML05'e vidalaarak tüp lensi sabitleyin.
- Eğer tüp lens bu aşamada sıkıca tutulamazsa, önce SMLRR tutma halkası ile lensi sabitleyin, ardından RMS'den SML'ye adaptörü takın. Son olarak, optik montajı tamamlamak için SML05'i SML Braketine vidalarsınız.
- Optik montajı Z ekseni braketi B (Şekil 1D) içine takın. SML braketinin merkezi simetrik olmadığını unutmayın, bu yüzden lens açıklığının CMOS açıklığıyla eşmerkezli olması için doğru yönelim olduğundan emin olun.
- Optik montajı sabitlemek için her iki taraftaki M3 vidalarını sıkın. Sonrasında, iki 5 mm doğrusal rulmanı yerine takın (Şekil 1E).
- Z-eksenli braket A'yı (Şekil 1F) takın. 80 mm kılavuz çubuğu Z eksenli braket A'nın sol alt deliğine yerleştirin ve M3 vida ve somunla sabitleyin. T5 kesim flanşlı lead vida somununu takın ve M2 kendi kendine açılan vida ile sabitleyin.
- İki doğrusal rulmanı takın ve yerlerine sabitleyin. 50 mm kurşun vida stepper motorunu montaj koltuğuna yerleştirin ve M2.5 vidalarıyla sabitleyin.
- Tamamlanmış Z ekseni braketi A ve Z ekseni braketi B bölümlerini birleştirin (Şekil 1G).
- İlk olarak, Z ekseni braketi A'nın kılavuz çubuğunu, Z ekseni braketi B'nin doğrusal yataklarına yerleştirin. A bölümündeki lead vidayı elle nazikçe döndürerek B bölümündeki lead vida somuna daşınsın.
- Lead vidayı döndürürken belirgin bir dirençle karşılaşılırsa, B bölümündeki doğrusal rulmanları sabitleyen M3 vidalarını hafifçe gevşettirin; Ancak, rulmanların düşebileceği kadar gevşetmeyin.
- Raspberry Pi V2 kamera modülündeki lens montajını çıkarın, sadece CMOS sensörünü yerinde bırakın. CMOS ve PCB'yi Z eksenli braket B'nin altına takın ve M2 kendi kendine açılan vidalarla sabitleyin.
- Kamera FPC kablosunu modülün PCB'sine bağlayın, ardından kabloyu dikkatlice CSI kablo tutucu A yuvasından geçirerek sabitleyin.
3. Orta çerçeve hareket platformunun montajı (Şekil 2)
Şekil 2: Orta çerçeve ve XY hareket mekanizmasının montajı. Orta çerçevenin montaj sürecinin ve XY transleksiyonel hareket sisteminin adım adım illüstrasyonu. (A) X eksenli kılavuz rayların ve montaj braketinin merkezi çerçeveye takılması. (B) Y eksenli braketlerin X eksenli kılavuz raylara monte edilmesi ve vida somununun entegre edilmesi. (C) X eksenli step motorun takılması ve leadscrew ile bağlantı sağlanması. (D) Hareket sistemini tamamlamak için Y eksenli kılavuz vidası, motor, kılavuz çubuk ve rulman bileşenlerinin entegrasyonu. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
- X eksenli doğrusal rayları ve X eksenli braketleri takın (Şekil 2A). İki X eksenli doğrusal rayı orta çerçeveye yerleştirin ve onları sabitlemek için M3 vidaları takın.
- Kurulum sırasında, vagon bloklarını raylardan çıkarmayın, çünkü yeniden takmak zorlaşabilir veya zarar görebilirler. Sonra, X eksenli braketi orta çerçeveye monte edin ve M3 vidalarıyla sabitleyin.
- Y eksenli braketleri takın (Şekil 2B). Y eksenli braket A ve Y eksenli braket B'yi X eksenli taşıyıcı bloklarına yerleştirin, montaj deliklerini hizalamanız ve M3 vidalarıyla sabitleyin.
- T5 kesik flanşlı lead vida somununu Y eksenli braket B'nin montaj yuvasına yerleştirin ve M2 kendiliğinden açılan vida ile sabitleyin.
- X eksenli stepper motorun lead vidasını X eksenli braketin orta açıklığından geçirin ve vidayı yaklaşık 20 mm uzunluğunda monte edilen T5 kesik flanşlı lead vida somunasına geçirin. Motoru M2.5 vidalarla X eksenli braketine monte edin (Şekil 2C). Kanalizasyon vidanın düzgün dönüp dönmediğini kontrol et.
- Aşırı direnç hissedilirse, T5 lead vida somununu ve X eksenli braketin montaj vidalarını sabitleyen kendi kendine açılan vidayı hafifçe gevşettirin, ardından doğru hizalama sağlandığında somunu yerinde sabitlemek için yapıştırıcı uygulayın.
- Z ekseni ve görüntüleme montajını Y ekseni parantezlerine takın (Şekil 2D). 5 mm ID bilyalı rulmanı Y ekseni braketi A'nın rulman yerine yerleştirin ve M3 vidalı ile sabitleyin.
- Y eksenli step motorun lead vidası, görüntüleme montajının Z eksenli braketi A'daki lead screw somunundan geçirin, ardından rulmanın iç deliğinden geçirin.
- 5 mm kılavuz çubuğu, iki Y eksenli braketi bağlayan Z-eksenli braket A'nın doğrusal rulmanlarından geçirin ve her iki tarafı M3 vidalarıyla sabitleyin. Y eksenli lead vidayı döndürerek hareketin düzgün olup olmadığını kontrol edin.
4. Arka ışık ve koruma ünitesinin montajı (Şekil 3)
Şekil 3: Muhafaza ve arka ışık modülünün montajı. Kaplama ve entegre arka ışık sisteminin montaj sürecinin adım adım illüstrasyonu. (A) Motor kablolarının orta çerçevenin altına yönlendirilmesi ve sürücü kartına bağlanması. (B) Raspberry Pi Zero ve sürücü kartı dahil olmak üzere kontrol bileşenlerinin alt kutuya yerleştirilmesi. (C) Güç ve arka ışık bağlantılarının harici konnektörlerle entegrasyonu. (D) Merkezi çerçevenin alt gövdeye yerleştirilmesi ve hizalanması, elektrik bağlantılarının tamamlanması. (E) Şeffaf plakanın montajı ve üst ile alt muhafazanın montajı. (F) Çevresel izolasyonu artırmak için çevrenin mühürlenmesi. (G) Kuyu plakası tutucusunun gözlem penceresine yerleştirilmesi. (H) Arka ışık modülünün montajı ve kabinaya entegrasyonu. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
- Kabloları Şekil 3A'da gösterildiği gibi yönlendirin. X ve Y eksenli step motor kablolarını orta çerçevenin ön kablo açıklıklarından aşağıya doğru besleyin, Z eksenli motor kablosu ise arka kablo açıklığından aşağıya doğru yönlendirilmelidir.
- Her motoru kendi açıklığından en uzak konuma taşıyarak maksimum gerekli kablo uzunluğunu belirleyin. Kablo uzunluklarının uygun olduğundan emin olduktan sonra, kabloları sıcak eritme yapıştırıcısı ile sabitleyin.
- Monte edilmiş Raspberry Pi Zero 2 W ve kontrol kartını ana kart braketine takın ve bunları M3 vidaları ve somunlarıyla sabitleyin. Anakart braketini Enclosure Bottom'ın ilgili yuvasına yerleştirin (Şekil 3B).
- Arka ışık ve güç kablolarını bağlayın (Şekil 3C). XH 3 pinli kabloyu kesin ve XH ucunu kontrol kartındaki arka ışık kontrol konnektörüne takın; Boş ucu 3 pinli havacılık konnektörünün dişi tarafına kablo bağlayın ve onu kutuya monte edin, sonra diğer boş ucu erkek 3 pinli havacılık konnektörüne bağlayın ve XH ucunu aydınlatma dizisi kartındaki prize takın.
- Güç kablolarını, kontrol kartındaki güç terminalinden 2 pinli havacılık konnektörünün dişi tarafına yönlendirin; kontrolör kartındaki ipek ekranın gösterdiği polariteye uygun şekilde ve en az 5A sabit akım sağlayabilen bir DC 12 V güç kaynağı kullanın.
- Step motor kablolarını kontrolcü kartındaki ilgili portlara bağlayın. Tüm bağlantıların güvenli olduğundan emin olduktan sonra, orta çerçeveyi daha alt gövdeye yerleştirin ve M3 montaj delikleriyle hizalayın (Şekil 3D).
- 2 mm yüksek geçirimli akrilik levhayı 116 × 194 mm boyutunda kesin ve silikon kauçuk kullanarak kabina üst kısmındaki izleme penceresine yapıştırın (Şekil 3E). Cam plakanın daha iyi görüntü performansı sağlayabileceğini unutmayın, ancak kesilmesi daha zordur. Üst kısmı orta çerçeveye monte edin ve daha iyi sızdırmazlık gerekiyorsa dikişler boyunca silikon kauçuk uygulayın (Şekil 3F). Hücre kültür plakaları kullanılırken, genel kuyu plakası tutucusunu izleme penceresinin üzerine yerleştirin (Şekil 3G).
- Arka ışık dizisini birleştirin (Şekil 3H). Aydınlatma dizisi kartını 3D baskılı ışık kabuğu A'ya yerleştirin, 1 mm akrilik veya cam difüzör plakasını yerleştirin, ardından ışık kabuğu B ile kaplayın ve montajı M2 kendi kendine açılan vidalarla sabitleyin.
5. Elektronik ve kablolama (Şekil 4)
Şekil 4: Ana elektronik bileşenler ve sistem entegrasyonu. Sistemde kullanılan temel elektronik bileşenlerin genel görünümü ve bunların montaj edilmiş konfigürasyonu. Üst sırada Raspberry Pi Zero 2 W, TMC2209 sürücü modülleri, kontrol kartı, Raspberry Pi Kamera V2 ve aydınlatma dizisi kartı dahil bireysel bileşenler gösteriliyor. Alt sırada, Raspberry Pi'nin kontrol kartı ve motor sürücüleriyle entegre olduğu montaj edilmiş kontrol ve sürücü devreleri ile çoklu kuyulu plaka aydınlatması için yapılandırılmış arka ışık LED dizisi gösterilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
NOT: Şekil 4 , bu projede kullanılan en önemli elektronik bileşenleri gösterirken, kalan öğeler Malzeme Tablosu'nda bulunabilir. Kontrol kartı ve aydınlatma dizisi kartı seri üretimde değildir; PCB tasarım dosyaları GitHub deposunda veya ek dosyalarda (Ek Dosya 1) "PCB" dizininde kamuya açık olarak erişilebilirdir. Bu depo, şematik diyagramları, Gerber üretim dosyalarını ve malzeme listesini (BOM) içerir. Kullanıcılar bu dosyaları indirip özel üretim için bir PCB üreticisine gönderebilirler. Bileşenler manuel olarak lehimlenebilir veya SMT montaj hizmetleri kullanılarak doğrudan tam montaj edilmiş kartlar alınabilir.
- Raspberry Pi Zero 2 W satın alırken, önceden lehimlenmiş başlıklar olmayan versiyonu seçtiğinizden emin olun; çünkü 2×20 pinli erkek başlığın kısa tarafı Pi sıfır pedlerinin altından yerleştirilip yerine lehimlenmelidir—bu alışılmadık bir yöndür.
- Lehimledikten sonra kartı kontrolcü kartına yerleştirin. Sonra TMC2209 Sürücü Modülünü üç motor sürücü yuvasına takın.
- Kalan parçaları monte etmeden önce fonksiyonel bir test yapın. Bu, kamera modülünün Raspberry Pi zero'ya CSI FFC kablosu ile bağlanmasını gerektirir (kablo sadece sistem kapalıyken takılabilir veya çıkarılmalıdır). Sonra her step motoru TMC2209 Sürücü Modüllerinin yanındaki 4 pinli konnektörlere bağlayın.
6. Yazılım kurulumu ve yapılandırması (Şekil 5)
Şekil 5: Kontrol yazılımının kullanıcı arayüzü. Sistem kontrolü, görüntü edinimi ve otomatik kuyu plakası taraması için kullanılan grafiksel kullanıcı arayüzünün genel bakışı. (A) Önizleme arayüzü, aydınlatma ayarları, görüntü yakalama ve manuel sahne hareketi kontrolleriyle gerçek zamanlı görüntü alımını gösteren önizleme arayüzü. (B) Yakalama görev arayüzü, kuyu seçimi, satın alma parametreleri ve görev yürütme kontrollerini içeren otomatik tarama için çoklu kuyu plaka düzenini gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
- Sistem kurulumu: Raspberry Pi Imager kullanarak Raspberry Pi OS kurun. Hedef cihaz olarak Raspberry Pi Zero 2 W'yi seçin ve performans yükünü azaltmak için masaüstü ortamı olmayan 32-bit bir sistem seçin. MicroSD kart kullanın (en az 8 GB; önerilen 32 GB veya daha büyük).
- Ağ yapılandırması: Görüntüleyici ayarlarında SSH'yi etkinleştirin, kullanıcı adı ve şifre belirleyin ve Wi-Fi bağlantısını yapılandırın. Yanıp söndükten sonra microSD kartı Raspberry Pi'ye takın ve açın.
- Raspberry Pi tarafı yazılım kurulumu ve yapılandırması: GitHub deposunun Raspi dizininde verilen talimatları takip ederek projeyi klonlayın ve gömülü yazılımı Raspberry Pi'ye yükleyin. Bağımlılık kurulumu ve sistem kurulumu dahil olmak üzere gerekli yapılandırma adımlarını tamamlayın.
- PC tarafı yazılım kurulumu ve yapılandırması: Aynı depodaki Kontrolcü dizinindeki talimatları takip ederek kontrol yazılımını bir PC veya Mac'e kurup yapılandırın. Tüm gerekli bağımlılıkların kurulduğundan ve yazılım ortamının doğru şekilde yapılandırıldığından emin olun.
- Bağlantı ve doğrulama: PC veya Mac'te Controller arayüzü'nü başlatın. Raspberry Pi'yi bulmak ve bağlantı kurmak için otomatik arama fonksiyonunu kullanın. Sahne hareketini test ederek ve gerçek zamanlı kamera önizlemesini doğrulayarak başarılı iletişimi doğrulayın.
- İşlem: Kontrol yazılımında plaka tipi, seçilen kuyruklar, yakalama aralığı ve görev adı dahil olmak üzere alım parametrelerini yapılandırın. Sistem, 96 kuyu kadar destekler ve otomatik olarak minimum aralık kısıtlamalarını uygular.
- Ek kaynaklar: GitHub deposunda ek ayrıntılı talimatlar, yapılandırma dosyaları ve sorun giderme rehberleri mevcuttur.