顯微鏡是很多科學(xué)領(lǐng)域必不可少的工具，然而由于成本和脆弱性，其在課堂環(huán)境中的使用受到限制，在家庭中幾乎沒有。今天極客君介紹了一種樂高積木和低成本且容易獲取的鏡頭制成的顯微鏡，其獲得的放大倍數(shù)和分辨率足以觀察微米大小的物體，能幫助探索各種生物物理原理。

這種顯微鏡是Timo Betz教授發(fā)明的，他是德國哥廷根大學(xué)的生物物理學(xué)家，名字常出現(xiàn)在廣泛引用的研究論文中，例如《神經(jīng)突分支收縮是由閾值相關(guān)的機(jī)械沖擊引起的》和《外力控制有絲分裂紡錘體定位》。這次他用樂高來做顯微鏡，明顯不是給自己用的，而是做給所有普通人的。

為什么要用樂高積木來做顯微鏡？

貝茨（Betz）的項目由哥廷根大學(xué)和明斯特大學(xué)的研究人員共同完成，其目的是用一些孩子的塑料積木和手機(jī)零件來制造高分辨率顯微鏡。在建造過程中，孩子們和成年人都可以增強他們對顯微鏡工作原理的理解。一項針對 9 至 13 歲學(xué)生的研究表明，在使用樂高顯微鏡后，他們對顯微鏡的理解顯著增加。

據(jù)貝茨對媒體的介紹，如果你有零件，又擅長砌樂高，30 分鐘內(nèi)就可以完成。而如果你是新手，一個小時是合理的。有一些困難的部分，會涉及到需要調(diào)整焦點，在這種質(zhì)量體系中，需要在頭發(fā)直徑的一小部分上移動鏡頭。樂高很難做到，不過蝸桿驅(qū)動器可以完成。但需要足夠耐心來搭建。

不過貝茨認(rèn)為，孩子們可以比成年人做得更好。“我兒子和我周末基本上坐在一起玩樂高”貝茨繼續(xù)說：“我同意為學(xué)校的孩子們開一場講座，介紹我在實驗室的工作——生物物理學(xué)，重點是細(xì)胞力學(xué)。所以我問他，他認(rèn)為對他這個年齡的孩子來說什么有趣。他告訴我，他很喜歡實驗室里的顯微鏡，突然有了用樂高建造顯微鏡的想法。我的第一反應(yīng)是這太難了，因為精確的動作和那些樂高代替不了的零件。但是他想出了一系列關(guān)于如何克服困難的好主意?！?/p>

樂高顯微鏡觀測效果，意外的好

這部顯微鏡唯一不是用樂高積木制成的部分是光學(xué)元件，它用到了目前智能手機(jī)上使用的鏡頭，每個也就花費幾美元。

貝茨說：“我拆了一個相機(jī)的模塊拿到了鏡頭，然后我被驚訝到了。我能夠看到固定細(xì)胞的細(xì)節(jié)，而以前我只能在實驗室的高端顯微鏡下才能看到。而這個只是4歐元（4.70美元）的鏡頭?！?/p>

上圖是用樂高顯微鏡進(jìn)行的實驗示例，a是氯化鈉晶體的圖像。b是紅洋蔥細(xì)胞滲透的時間流逝圖，可以看到細(xì)胞膜與細(xì)胞壁分離。c是鹵蟲在水中運動的時間流逝。d是2只水蚤在水中運動的時間流逝。

這種高質(zhì)量的原因在于智能手機(jī)的鏡頭需要有一個平面模塊，這就產(chǎn)生了相當(dāng)高的數(shù)值光圈——在使用的鏡頭中約為 0.5——這反過來決定了分辨率。此外，鏡頭已經(jīng)補償了球面和色差，這正是貝茨他們所需要的。

正如前面所說，貝茨沒有把這個顯微鏡留作自用。而是在Github上提供了制造說明直接開源，有英語、德語、荷蘭語和西班牙語。還有一篇描述這項工作的論文最近也發(fā)表在《2021年生物物理學(xué)家》（the Biophysiist 2021）雜志上。

極客君有話說

家里有條件的朋友也可以帶動孩子嘗試一下，搭建樂高顯微鏡可以在娛樂中去接觸科學(xué)了解世界，包括肉眼看不到的部分，這樣也有助于提升解決問題的能力和創(chuàng)造力。你有信心完成這種級別的DIY嗎？