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安东尼·范·列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）在17世纪发明了显微镜技术，这是微观世界研究时代的开始。

本篇文献的作者是德国的三位知名学者，他们的目标是将显微镜引入到学生和课堂环境中，作为一种科学的工具，学生们可以通过一种有趣而又精确的方法来理解显微镜光学组件的基本原理，走向微观世界。

乐高积木是大多数家庭中常见的玩具。相信大家都玩过吧，玩乐高的乐趣不言而喻。

模块化设计，灵活性和不同建筑部件的高度复杂性使其成为构造显微镜最佳的材料。确实，乐高以前也曾被用来做科学仪器，例如概念性AFM显微镜和瓦特天平[[Watt-balance] ，分别如下图所示。

上图是概念性AFM显微镜

上图是瓦特天平

制作材料和方法来啦！

接下来作者介绍了完全由乐高制成的全功能显微镜的设计。

显微镜的设计如图所示。主要零件是照明部分LED，物镜支架（包括物镜）和目镜部分。显微镜既可以用于肉眼直接观察，也可以用智能手机相机记录图像。

对于图片中的手机是使用了Sony Xperia XZ2 Compact智能手机。其后方照相机具有5057×3796像素具有大约1.2的像素尺寸的芯片μ米。因为需要录制图像或电影，所以使用了Android相机应用程序，在所有实验中，均使用自动对焦设置。

唯一的非LEGO组件是两个光学部件，可以现成的价格购买，每个价格约4欧元。

显微镜在教育行业的试运用

该项目的目标是提供一种可以在教育环境中使用的手动显微镜。

作者设计了许多实验，可以使用这种乐高显微镜和易于取用的材料进行实验，同时探索各种生物物理主题。

重点！通过让一组9至13岁的学生搭建显微镜，并通过问卷的形式检测他们对显微镜的理解，最终证明了这种乐高显微镜可以用于教育环境。

为了简化乐高显微镜的使用，作者设计了分步工作流程，一共有13步，具体如下：

1、学生需要单独构建乐高显微镜，操作简单容易上手。

2、学生可以把物品放在显微镜下并猜测它们的用途。

3、学生可以将显微镜用作放大镜，目的是为了让他们认识到封闭式的结构通常可能没有足够的光可以传输到样品。

4、学生可以将光源和目镜相组合。为了克服光线不足的问题，学生应该认识到在构建充足的光源可以更好地查看放大后的样本。

5、学生将继续探索单个样本。甚至可以检查一下具有目镜放大特性的任意样品。

6、第一阶段学生之间总结经验，这个步骤要求学生收集前几步骤的经验。如果在教室里，可以和小组成员一起交流。

7、学生接下来可以尝试放大倍数。除了使用更坚固的镜头外，学生还应注意两个放大镜可能会提高总放大倍率。

8、学生可以使用低倍镜，尝试同时使用目镜和第二透镜来提高放大倍率。因为学生大多会在这一步失败，所以老师在这一步的指引非常重要。

9、第二阶段收集经验。重点大家讨论如何固定镜头的位置。

10、对以上所有的步骤进行整理分析。

11、学生可以自己尝试用显微镜探索指定的样品。

12、学生此时可以使用高倍物镜。引入第二个物镜提高倍数。

13、最后一步，学生将检查微米大小的样品。学生需要总结该生物产生的物理效应，例如渗透压和微游泳器的运动。

我们一起做个盐晶体的实验吧！

盐晶体是最简单但令人印象深刻的样品之一。

如图b所示，氯化钠（NaCl）晶体的形状反映了由较大的氯离子包围着较小的钠离子而形成面心立方晶格。当我们将盐溶液的薄膜放在显微镜载玻片上时，盐的浓度会由于水的蒸发而缓慢增加。

小结：使用乐高（LEGO）做成的显微镜，其分辨率接近光的衍射极限。很多实验也可以用家用的食材进行。使用乐高显微镜后，人们对显微镜的了解有所增加。显微镜本身的模块化设计也使其可以轻松地纳入学生光学的课程中。

所有材料，包括零件清单，建筑计划，工作流程和项目建议都可查看原文。

参考资料：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.11.439311v1