具有温度控制功能的垂直观测显微镜级的制造

Engineering

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Summary

这里介绍的是一个使用温度控制的显微镜级的协议,它允许将样品容器安装在垂直显微镜上。

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Matsukawa, Y., Ide, Y., Umemura, K. Fabrication of Microscope Stage for Vertical Observation with Temperature Control Function. J. Vis. Exp. (149), e59799, doi:10.3791/59799 (2019).

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Abstract

样品通常放在水平显微镜台上进行微观观察。然而,为了观察重力对样品的影响或研究漂浮行为,有必要使显微镜阶段垂直。为此,设计了一个侧向倒置显微镜,倾斜90°。要用显微镜观察样品,必须将培养皿或玻璃玻片等样品容器垂直固定到舞台上。开发了一种在垂直显微镜舞台上将样品容器固定到位的装置,并在此进行了描述。此器件连接到该级允许观察垂直平面中的样品动力学。使用硅橡胶加热器调节温度的能力还允许观察温度相关样品行为。此外,温度数据传输到互联网服务器。温度设置和日志监控可以从 PC 或智能手机远程控制。

Introduction

光学显微镜是一种通过放大镜头和可见光的样品来增加可观察细节的技术。在光学显微镜中,光被定向到样品上,然后通过放大镜捕捉透镜进行反射、反射或荧光灯的捕获,以便观察。有多种显微镜在设计上有所不同,以适应不同的用途和观察方法。不同的设计包括立式显微镜,其结构是从下方照亮样品,以便从上面观察,以及倒置显微镜,从上面照亮样品,以便从下方观察。直立显微镜是最常见和广泛使用的设计。倒置显微镜通常用于观察不能让透镜与上方距离接近的样品,例如附着在容器底部的培养细胞。许多研究小组使用倒置显微镜1、2、3、4、5、6、7报告在广泛领域的观测结果。还开发了许多额外的设备,利用倒置显微镜8,9,10,11,12,13的功能.

目前,在所有传统的显微镜设计中,显微镜级是水平的,因此不适合观察在垂直平面上产生的样品运动(由于重力、浮力、运动等)。为了使这些观察成为可能,显微镜级和光路径必须旋转到垂直。垂直舞台需要垂直安装玻璃滑梯或样品容器,如培养皿到舞台上。为了解决这个问题,已经设计了一个侧向倒置显微镜,倾斜90°。但是,用胶带或其他粘合剂连接样品不会产生必要的长期静止状态。此处描述的是一种可实现必要稳定性的设备。此器件允许在垂直平面中观察样本随时间移动的时间。硅橡胶加热器的安装也使得观察温度变化对样品行为的影响成为可能。温度数据通过 Wi-Fi 传输到互联网服务器,温度设置和日志监控可以从 PC 或智能手机远程控制。据我们所知,在以前的研究中尚未报告附着在倾斜 90° 的侧向倾斜显微镜上的阶段。

显微镜阶段由三个铝板组成。中间铝板安装在连接到舞台的下部铝板上。含有温度传感器的硅橡胶连接在中铝板和上部铝板之间。橡皮筋用于粘贴样品。爪子附在上铝板的左右四个点,以固定橡胶带。温度调节器的控制电路接收嵌入硅橡胶的温度传感器的信号,并通过脉冲宽度调制(PWM)方法调节电能。温度可以1°C为增量逐渐升高至50°C。此器件适用于垂直采样运动可能依赖于温度的应用。

本报告提供了温度对硅藻浮现象的影响示例。作为硅藻观测研究的例子,细胞簇的沉积速度测量、运动分析、超细结构研究等已报告14、15、16、17,18,19,20,21,22,23.与光合生物一起漂浮在水中的硅藻的具体重力略高于水,因此容易下沉;然而,如果发生轻微的对流,它们也会上升。为了研究这一现象,玻璃滑动垂直地贴在显微镜的舞台上,并观察到温度升高对硅藻垂直运动的影响。

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Protocol

1. 设计

  1. 铝板的制造
    1. 在尺寸为 150 mm x 200 mm x 2 mm 的铝板中心切割 101 mm 孔,用激光加工机用作最前沿板。机器爪子在八点,以贴上两个橡皮筋跨越的长度,或两个横跨这个板的宽度(参见补充图1A补充图2A)
    2. 在另一块 150 mm x 200 mm x 5 mm 铝板的中心切割一个 130 mm 孔,用激光加工机用作中上板。机器八个凹槽,用于在长度的两个点上连接橡皮筋,或两个穿过此板的宽度(参见补充图 1B补充图 2B)。
    3. 在 150 mm x 200 mm x 4 mm 铝板的中心切割 130 mm 孔,用作带激光加工机的中下板(参见补充图 1C补充图 2C)。
    4. 在 150 mm x 200 mm x 1.5 mm 铝板的中心切割一个 30 mm 的孔,用作底板(参见补充图 1D补充图 2D)。
  2. 制造两个铝底座
    1. 在铝板中心切割一个 30 mm 孔(直径 100 mm,厚度 3 mm),从一侧打出一个切口,尺寸为 42 mm 宽 x 30 mm 深(参见补充图 3A)。
    2. 在铝板(100 mm 直径,4 mm 厚度)中切割板中心 30 mm 孔,并钻出三个 3 mm 孔,位于距离中心 25 mm 的位置,彼此间距为 120°(参见补充图 3B)。
  3. 制造三个压软盘
    1. 使用水喷射切割机在压榨软盘中心(直径 100 mm,厚度为 2 mm)切割 20 mm 孔。使一个切割 42 毫米跨越 x 30 毫米深,然后一个切割 4 毫米宽 x 5 毫米深 (参见补充图 4A)。
    2. 使用水喷射切割机在压榨软盘中心切割 20 mm 孔,其尺寸为 100 mm,厚度为 1 mm。使切割 42 mm 跨 x 30 毫米深,切割 4 毫米宽 x 40 毫米深 (参见补充图 4B)。
    3. 从直径为 42 mm 和 30 mm 深度的 100 mm 圆盘上切割压紧的软木板。需要两张厚度为 1 mm 的纸张和一张 2 mm 厚度的纸张(参见补充图 4C)。
  4. 硅橡胶加热器的制造
    1. 使用直径为 2.5 mm 的 100 mm 圆盘(带内置 Nichrome 线)制作加热器,并在圆盘中心切割 20 mm 孔(参见补充图 5)。
  5. 通过堆叠零件,组装步骤 1.1_1.4 中描述的零件,如补充图 6所示。
  6. 要构建显微镜阶段,请参阅补充图6,显微镜阶段的横截面。固定Equation 1Equation 2Equation 3,Equation 4然后用螺钉固定。固定Equation 4Equation 5用螺钉。修复Equation 2Equation 3Equation 6 Equation 5Equation 6Equation 7 Equation 7Equation 8Equation 5Equation 9和 和 和 和 和。

2. 硬件设计大纲

  1. 准备"电源和编程电路",如补充图7所示。从连接到交流适配器的 J4 端子向加热器控制器供电 12 V DC。由于 CPU 电源电压为 3.3 V DC,因此使用稳压器将电路电源的电压从 12 V DC 降至 3.3 V 直流。
    注:USB 1 是 5 V 直流和开发 PC 串行信号的终端。虽然 5 V 直流不是必须的,但它用作对 CPU 进行编程的电源。这也由稳压器转换为 3.3 V 直流。J1 是编程时的控制信号终端。此电路安装在补充图 8所示的控制器外壳中。
  2. 准备"加热器控制电路",如补充图7所示。使用 Q5(P 通道 MOS FET)切换到 12 V 直流,并将其供应至加热器。Q5 是一个开关元件,通过 PWM 控制 12 V 直流,以调整提供给加热器的功率。
    注: 电路包括 LED,用于目视确认加热器的电压。此驱动器信号 (HEATER_C) 是来自 CPU 的 PWM 信号。当保护电路检测到过热信号时,BREAKER 信号切换到低电平,MOS-FET 的运行停止。此电路安装在补充图 8所示的控制器外壳中。
  3. 准备"加热器单元的连接器电路",如补充图 7所示。安装 USB 接口以与加热器部分连接。
    注:此电路安装在补充图8所示的控制器外壳中。
  4. 准备"温度传感器接头电路",如补充图 7所示。安装接头(欧洲块插座 2P)以连接温度传感器。
    注:此电路安装在补充图8所示的控制器外壳中。
  5. 对于补充图 7所示的"A/D 转换器",请使用 ADS 1015 作为 AD 转换设备。
    注:AD 转换设备将温度传感器和过热检测传感器的值从电压值转换为数字值。这是一个 12 位多路复用器 AD 转换设备,使用 I2C 接口连接到 CPU。此电路安装在补充图 8所示的控制器外壳中。
  6. 通过将过热检测传感器 (OHS) 信号连接到 OP 放大器的反转输入,创建"保护电路",如补充图 7所示。将此信号与连接到非反相输入的修剪器电阻器的电压进行比较。
    1. 确保当电压低于裁切器电阻器的电压时,OP 放大器的输出变高,连接的 NPN 晶体管 Q2 打开,布雷克信号变低。
    2. 确保同时,Q4 打开,并且连接的过热指示灯 LED D6 亮起。
      注:此电路安装在补充图8所示的控制器外壳中。
  7. 对于"显示部分",如补充图 7所示,使用 192 x 64 点表示 OLED。通过 I2C 接口与 CPU 连接。
    1. 使用连接到 OLED GND 的 NPN 晶体管 Q1 将 OLED 的 GND 与 CPU 信号 IO0 分离,从而重置 OLED。
      注:此 OLED 显示各种类型的信息。此电路安装在补充图 8所示的控制器外壳中。
  8. 对于补充图 7中的"带推开关的 LED 和旋转编码器",通过焊料安装旋转编码器,该焊料可作为推开关并集成两个 LED。
    1. 将一个 LED 连接到 VCC,用作电源 LED。另一个连接到 CPU,在加热器操作期间用作指示器。
    2. 对于连接到 CPU 的加热器启动/停止,使用推开关触点。将旋转编码器的 A 和 B 输出连接到 CPU 中断中的 IO 输入集。
      注:此电路安装在补充图8所示的控制器外壳中。
  9. 对于补充图 7中的 CPU,请使用 WROOM - 02D 的 CPU。
    1. 由于显示器的接口为 I2C 标准,因此从 IO12、IO13 输出到"显示单元"。将 IO0 连接到"显示单元"并重置 OLED。
    2. 将 IO15 连接到"加热器控制单元",并控制 PWM 输出为加热器供电。
    3. 将 IO2 连接到"带推开关的 LED 和旋转编码器",然后点亮 START LED。将 IO4 和 IO14 连接到"带推开关的 LED 和旋转编码器",并从旋转编码器接收信号(REA 和 REB),以确定设定的温度。将 IO5 连接到"带推开关的 LED 和旋转编码器",然后启动/停止加热器。

3. 软件设计大纲

  1. 使用 Arduino CORE 作为此系统的控制器,用于 WROOM - 02D 的 CPU。
    注:作为输入设备,使用启动/停止开关、旋转编码器、温度传感器(热敏电阻)。作为输出设备,使用 LED、字符显示 (OLED) 和加热器。通信设备使用 Wi-Fi。
  2. 操作大纲
    1. 检测旋转编码器的操作,如 LED 和旋转编码器所示,使用补充图 7中的推开关将其存储为设定温度,并将其显示在 OLED 上。将相位端子 REA 和 REB 连接到的 CPU 的输入端子设置为中断输入端子,并通过中断处理旋转编码器的旋转(正向和后退)。将其设置为 +1 以进行向前旋转,将 -1 设置为-1 用于反向旋转。将设定温度写入全局变量,并将其用于加热器温度控制。同时,更新 OLED 的设定温度显示。
    2. 通过启动/停止开关 (SW-S) 识别 CPU IO 5 的启动和停止,如补充图 7的 CPU 所示。启动/停止开关的状态是每 50 毫秒的计时器中断过程。
      注:由于开关是瞬时开关,因此在按下和释放开关时,开关会反转启动/停止状态。此状态存储在全局变量中。
    3. 对温度传感器使用热敏电阻。在 A/D 转换器之后读取从采样传感器(参见补充图 7中的"加热器连接连接器电路")到 CPU 的测量值(参见补充图 7中的"A/D 转换器")。通过打开补充图 7中的"CPU"中的 IO15 端口,向加热器供应电流。
      注: 有两种类型的温度传感器。一个用于测量样品的温度和控制加热器在设定的温度,另一个连接到加热器,用于热预防。通过电阻器将热敏电阻连接到 3.3 V,并将电阻变化记录为电压变化。通过移动平均方法消除噪声。
    4. 使用热敏电阻进行温度预防温度传感器。使用热敏电阻 (R2)(补充图 7中的"加热器连接连接器电路")执行过热检测,当超出设定值时,加热器电流将关闭(补充图 7中的"保护电路")。
      注:此传感器已合并到电路中,而不是通过 CPU。该传感器独立于 CPU,与微分放大器以模拟方式由电阻器设置的电阻值进行比较。当它检测到温度超过设定值时,它会干预 FET 开关,该开关控制加热器的电流并强制停止电流供应。其目的是防止加热器的温度超过一定水平,即使在 CPU 无法正常工作的情况下也是如此。
    5. 当设备运行时,由 CPU 打开补充图 7的补充图 7 的"LED 和旋转编码器"中的 LED 和旋转编码器(在补充图 7中的"CPU"中)。
    6. 由 CPU 在补充图 7的"显示部分"中显示设置的温度和测量值到 OLED(在补充图 7的"CPU"中)。
    7. 补充图 7的"加热器控制电路"中驱动 FET 开关,从 CPU 使用 PWM 来控制加热器。
    8. 根据温度传感器测得的测量温度,通过 PID 控制加热器。使用 Arduino 的 pid_v1.h 库进行 PID 处理。
      注: CPU 校准时间、与服务器通信、传输数据并从服务器接收指令。当传感器温度超过设定温度时,加热器的电流设置为 0,并抑制过冲。
    9. 使用 CPU 的内置 Wi-Fi 连接功能并连接到互联网。通过 Wi-Fi 将温度、加热器温度等传输到指定的服务器。

4. 系统配置

  1. 根据补充图 9构建系统。
  2. 将 Wi-Fi 配备控制器。
  3. 使用热敏电阻作为温度测量传感器。将热敏电阻导线连接到控制器外壳上的"SENSOR"端子。接收热敏电阻测量的温度信号。
  4. 将装有橡胶加热器和控制器外壳"加热器"的显微镜级与专用电缆连接。控制橡胶加热器的电流。
  5. 使用控制器上的旋钮更改设定的温度。
    注:温度日志监控、温度设置可以从 PC 或智能手机远程操作。
  6. 通过互联网将测量时测量的温度、设定温度和时间信息从控制器传输到服务器。数据测量周期为 5 秒,数据传输到服务器的周期为 1 分钟。
  7. 定期从控制器端访问服务器,并将存储在控制器 CPU 中的测量数据传输到服务器进行分析和绘图。
  8. 有关如何操作服务器,请参阅补充材料。

5. 侧向倒置显微镜的设计

  1. 用螺钉垂直固定两个厚度为 15 mm 的铝板,以创建基本安装。
  2. 将夹具(一个位置)连接到底座支座的水平部分。
  3. 将显微镜舞台部分垂直放置,将夹具(两个位置)连接到底座支架的垂直部分,并将显微镜底部固定在底座支架上。
  4. 用螺钉固定显微镜级。

6. 操作方法

注:此处使用的样品是大胆改性基础淡水营养液液体培养基、元硅酸钠、维生素和无菌水的混合物。该样品的800μL在10mL的淡水介质中稀释。

  1. 观察方法
    1. 将1,000 μL的制备样品注射到自制的玻璃室中。
      注:自制玻璃室可同时排列两个滑动眼镜,并用粘合剂固定。正常的培养皿具有较大的厚度,细胞在腔室的深度方向逸出,因此很难用显微镜观察。为了防止这种情况,使腔室具有较小的深度方向,从而有可能防止细胞向造型室的深度方向逃逸。低温固化环氧树脂粘合剂用于在玻璃周围粘结,以防止样品从造型室掉落。
    2. 将单独准备的摄像机连接到显微镜上。使用显微镜的专用镜头适配器连接摄像机并拍摄样品。
    3. 使用具有 10 倍目镜和 200 倍镜目的的显微镜。
    4. 用 4 mm 螺钉将垂直显微镜级连接到四个位置的显微镜上。
      注:有关铝板的设计图纸,请参阅补充图 1A补充图 2A。在这个实验中,使用了倒置显微镜。倾斜90°,用螺丝固定制作的显微镜台。参见图1。
    5. 使用四个纵向的爪子用两个橡皮筋固定样品。将样品放在垂直于地面的显微镜舞台上。
    6. 使用补充图 8所示的控制器将温度设置为 40°C。转动控制器旋钮以设置温度。检查显示屏上的设定温度。按下旋钮启动温度控制,蓝色 LED 指示灯将亮起。再次按下旋钮可关闭 LED 并停止温度控制。
      注:测量温度实时显示,加热器被控制达到设定温度。当温度控制开始时,蓝色 LED 指示灯亮起,并在加热器运行时保持此状态。当加热器过热时,红色 LED 指示灯亮起,加热器自动停止。
    7. 请参阅服务器操作补充信息中的"服务器操作手册"。
      注: 需要用于数据存储的服务器。服务器的数据库使用 My-SQL。

7. 橡胶加热器表面温度分布的测量

  1. 通过热成像测量橡胶加热器表面温度的分布,以检查温度均匀性。
  2. 将装有橡胶加热器的显微镜级与支架连接在一起。
  3. 将橡胶加热器表面的设定温度更改为 35°C、45°C、55 °C 和 65°C,并通过从前面的热成像进行测量(参见补充图 10)。

8. 温度响应测试

  1. 通过将样品设定温度设置为 30°C 来启动温度控制。等待测量值达到 30°C 并稳定下来。逐步将预设温度逐步升高 5°C,从 30°C 增加到 50°C,并等待测量值在相应的预设温度后稳定下来。
  2. 将预设温度逐步降低 5°C,从 50°C 降至 30°C,并检测测量值的跟踪能力。

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Representative Results

图 2显示了橡胶加热器的温度分布。橡胶加热器的表面温度在每个温度下都是均匀的。图 3显示了测量温度对设置温度变化的响应能力。橙色线显示设定的温度,蓝线显示样品温度的变化。测得的值对设置更改的过冲很小,跟踪速度很快。

观察到硅藻细胞,以提供使用此设备的特定示例。运动硅藻细胞的轨迹分析是评估硅藻细胞运动性的有用方法。然而,虽然正常的倒置显微镜水平观察样品,但它不适合观察重力或垂直方向的浮动运动的影响。

在本实验中,带温度控制器的显微镜阶段被连接到旋转90°的倒置显微镜上。成功记录了硅藻与温度相关的垂直运动。用这种方法,检测到硅藻垂直运动轨迹,如图4所示。通过观察100个个体的硅藻,室温下的平均速度为7.01μm/s,40°C时的平均速度为470.1μm/s。通过直接观察,对热对流对硅藻细胞垂直浮动现象的影响进行了可视化。

Figure 1
图1:固定在显微镜阶段的设备照片。固定在显微镜阶段的设备的外观。该装置用四颗螺钉固定在显微镜台上。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2:橡胶加热器的温度分布。热成像测量的橡胶加热器的分布。加热器温度从环境温度逐步变化到35°C、45°C、55°C和65°C。温度在每个温度下均匀地分布在加热器上。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:温度信号的响应能力。这显示了当设定温度从 30°C 提高到 50°C 并从 50°C 降至 30°C 时的响应。设定温度以 5 °C 的增量更改。在稳定状态下,测量温度在设定值的 ± 1.5 °C 内。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4:硅藻运动轨迹。绘制了由于温度变化引起的硅藻运动的垂直轨迹。蓝线显示25°C的硅藻细胞的轨迹,为27.06s,在40°C为0.2s。

Figure 1
补充图1:铝板设计图(带尺寸)。(A) 板为 2 毫米厚 x 150 mm 宽 x 200 毫米长,其中心直径为 101 mm 的孔,允许插入橡胶加热器。每个板边缘有两个加工的爪子,橡皮筋可以连接到舞台上固定样品。为了将此垂直级连接到带有 4 mm 螺钉的显微镜上,在中心孔周围的四个位置对称地钻孔了 4.2 mm 的螺钉孔。(B) 板为 5 毫米厚 x 150 毫米宽 x 200 毫米长,中心直径为 130 mm 孔。机器凹槽位置,使爪位置与最前沿板上的爪位置相匹配,以便在舞台上连接样品固定橡皮筋。为了将舞台连接到显微镜,在与最前沿板的匹配位置钻了四个 4.2 mm 螺钉孔。(C) 板厚 4 毫米 x 150 毫米宽 x 200 毫米长,中心直径为 130 mm 孔。30 mm 的跨度从板的右侧 200 mm 面的中心切出,切至中心孔的深度。切口的这个用途是允许将加热器接头连接到右侧。在与前板相同的位置,钻了四个 4.2 mm 螺钉孔,用于将舞台连接到显微镜。(D) 板厚 1.5 毫米 x 150 毫米宽 x 200 毫米长,有一个直径 30 mm 的中心孔。在与前板相同的位置,钻了四个 4.2 mm 螺钉孔,用于将舞台连接到显微镜。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
补充图2:铝板设计图(无尺寸)。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
补充图3:铝基座设计图。(A) 要安装在上侧:直径为100毫米,厚度为3毫米。在中心钻出一个直径为 30 mm 的孔,一侧切口宽度为 42 mm 宽度 x 30 mm 深度。(B) 安装在下侧:直径为100毫米,厚度为4毫米。在中心钻出一个直径为 30 mm 的孔,在距离中心 25 mm 处,将三个 3 mm 孔放置在彼此 120° 处。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
补充图4:压软盘的设计图。(A) 安装在硅橡胶加热器和上铝底座之间的上侧:直径为100毫米,厚度为2毫米。在中心钻出一个直径为 20 mm 的孔,在圆盘两侧以直角进行两个切口(42 mm 宽 x 30 mm 深、4 mm 宽 x 40 mm)。(B) 安装在硅橡胶加热器和下部铝底座之间的下侧:直径为100毫米,厚度为1毫米。在中心钻出一个直径为 20 mm 的孔。(C) 此支撑宽 42 mm × 30 mm 深,并且从直径为 100 mm 的圆盘的周长切割。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
补充图5:硅橡胶加热器规格。直径为100毫米,厚度为2.5毫米。在中心钻出一个直径为 20 mm 的孔。电源为 12 V,负载容量为 18 W。加热器由 Nichrome 导线组成,引线连接到电极。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
补充图6:显微镜阶段的横截面。这是显微镜阶段的剖面视图。铝底座连接到背面铝板,橡胶加热器安装在最外层。压软木塞安装在橡胶加热器和铝底座之间进行绝缘。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
补充图7:电路图的详细信息。这表示内置于控制器中的电路。电路图根据各部分按各部分划分。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 8
补充图8:塑料控制器外壳的设计图。尺寸为 143.9 mm 长度 x 85.3 mm 深度 x 25 mm 宽度。温度设置旋钮、工作/过热灯和指示灯位于塑料控制器外壳上。通过转动设置的旋钮,可以在观察指示器时设置温度。按下此旋钮可启动温度控制器。测量温度实时显示,加热器受到控制,使其达到并保持设定温度。当温度控制器打开时,蓝色 LED 指示灯亮起,并在加热器运行时保持亮起。当加热器过热时,红色 LED 指示灯打开,加热器自动停止。再次按下温度控制器旋钮将停止它。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 9
补充图9:系统配置。带有集成控制器的显微镜级通过专用电缆连接到橡胶加热器。接收测量的样品温度信号,控制器向橡胶加热器传输电流。来自控制器的测量信号通过 Internet 路由器以无线方式发送到服务器。服务器编译测量数据进行分析和绘图。温度日志监控和温度设置可通过 PC 或智能手机进行远程控制。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 10
补充图10:热成像温度分布测量。请点击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

运动硅藻细胞的轨迹分析是评估硅藻动性的有用方法。然而,虽然正常的倒置显微镜水平观察样品,但它不适合观察重力或垂直方向的浮动运动的影响。这里开发和描述的是一个垂直显微镜阶段,具有温度控制,并连接到倒置显微镜,已旋转90°。这种具有温度控制的显微镜阶段允许观察硅藻细胞的温度相关垂直运动。

协议中的一个关键步骤是控制器电路设计。为保证安全,采用了断路器电路。当传感器与样品断开或微控制器无法正常工作时,加热器的电流会通过不同于微控制器的电路切断。

由于控制系统采用PID系统来控制加热器的电流,因此需要一种寻找PID最佳参数的技术。与现有方法相比,通过Wi-Fi功能、服务器上的数据收集和温度设置功能,可以进行远程操作和监控。由于附着在显微镜上的阶段部分的结构复杂,因此简化这种结构值得今后研究。

本设备使用加热器来提高温度,但冷却没有动力;因此,设定的温度不能低于室温。冷却样品到低于室温的温度将需要一个复杂的冷却设备,这是正在考虑在未来的工作。

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Disclosures

作者没有冲突要披露。

Acknowledgments

作者没有承认。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AC adapter 12V2A Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. AD-D120P200 Tokyo, Japan
ADS1015 Substrate Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. adafruit PRODUCT ID: 1083 Tokyo, Japan
Alminium Plate (Back Side Plate) Inoval Co., Ltd. W 150mm×L 200?×T 1.5mm Gifu, Japan
Alminium Plate (Forefront Plate) Inoval Co., Ltd. W 150mm×L 200?×T 2mm Gifu, Japan
Alminium Plate (Middle Lower Plate) Inoval Co., Ltd. W 150mm×L 200?×T 4mm Gifu, Japan
Alminium Plate (Middle Upper Plate) Inoval Co., Ltd. W 150mm×L 200?×T 5mm Gifu, Japan
Aluminum Pedestal (Lower Plate) Inoval Co., Ltd. D 100mm×T 3mm (30Φ) Gifu, Japan
Aluminum Pedestal (Upper Plate) Inoval Co., Ltd. D 100mm×T 3mm (30Φ) Gifu, Japan
Bold Modified Basal Freshwater Nutrient Solution Sigma-Aldrich Co. LLC B5282-500ML St. Louis, USA
Controller Case Marutsu Elec Co., Ltd. pff-13-3-9 Tokyo, Japan
CPU Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. ESP-WROOM-02D Tokyo, Japan
Inverted microscope Olympus Corporation CKX 53 Tokyo, Japan
Low temperature hardening epoxy resin adhesive ThreeBond Co., Ltd. TB2086M Tokyo, Japan
Multi-turn semi-fixed volume Vertical type 500 Ω Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. 3296W-1-501LF Tokyo, Japan
OLED module Akihabara Inc. M096P4W Tokyo, Japan
Pressed Cork (For supporting electrode ) Tera Co., Ltd. W 42mm×L 30? Ishikawa, Japan
Pressed Cork (Lower Disk) Tera Co., Ltd. D 100mm×T 0.5mm (20Φ) Ishikawa, Japan
Pressed Cork (Upper Disk) Tera Co., Ltd. D 100mm×T 2.5mm (20Φ) Ishikawa, Japan
Rotary encoder with switch with 2 color LED Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. P-05772 Tokyo, Japan
Silicone rubber heater Three High Co., Ltd. D 100mm×T 2.5mm (20Φ) Kanagawa, Japan
Substrate Seeed Technology Co., Ltd. mh5.0 Shenzhen, China
Temperature sensor Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. NXFT15XH103FA2B050 Tokyo, Japan
Three-terminal DC / DC regulator 3.3 V Marutsu Elec Co., Ltd. BR301 Tokyo, Japan
Universal Flexible Arm Banggood Technology Co., Ltd. YP-003-2 Hong Kong, China
USB cable USB-A - MicroUSB Akizuki Denshi Tsusho Co., Ltd. USB CABLE A-MICROB Tokyo, Japan
Video Canera Sony Corporation HDR-CX590 Tokyo, Japan

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