2012年9月30日

研究神經科學的SpikerBox

幾個月前在找TED Education的資料時,看到一部影片-The Cockroach Beatbox





這影片用了一個叫做Spikerbox的東西,紀錄蟑螂腳的神經電位訊號,這讓我心動得要死。

Spikerbox是個可以放大電壓訊號、並進行濾波的電子套件,我想這功能和我同學艦長,他研究蟑螂用的生理訊號記錄儀 PowerLab 26T應該蠻類似的。後來我看到科學人125期《跟著蟑螂去當神經科學家》(原文),也有介紹這個東西。

心動幾天後,立刻下單買了一組雙通道的成品,還有一組單通道的零件包。其實雙通道的可以用兩組單通道的來改裝,除了本來的功能外,還可以用來測速度。買了半年之後,突然又失心瘋了,覺得這個很值得讓學生實際操作,本來打算說買6組的Classroom DIY Kit($249 USD),不過後來我拿零件包和裸板的相比,單組的價錢差到$30 USD。我想說光是那些零件,難道需要台幣1200元嗎?所以我就決定只買裸板($10 USD),還買了十片,零件就自己在台灣買。

結果購買零件的這幾天,我簡直就像花木蘭,跑了新竹三家大型的電子材料行才買齊材料,而且還去廣告社作壓克力板再請他們CNC挖洞,本來以為不用花很多錢的,不過沒想到一顆 AD263就要兩百多元了,所以全部零件花了715元,這還沒把線和幾個接頭算進去,算進去的話,大約是740元以內。材料當中,唯獨沒買到兩個東西,一個是同樣形式的喇叭 8 W ,0.1歐姆,我買的是4瓦 1歐姆,但大小略同,另外一個是9V電池的插板座,這我只好用一般的電池連接線來代替。

SpikerBox零件


所以全部做完的話,我就總共有了12組機器,其中一組是雙通道的,然後其中一組我想來作測EMG的(測肌電訊號)。

我從Medical Instrumentation: Application and Design 這書裡看到,EMG和AAP(神經動作電位)兩者的電壓差不多,但是頻率不太一樣。
  

本來的SpikerBox用了一個低通濾波器和高通濾波器,把測量的訊號包在338 Hz-1291 Hz之間,所以EMG的訊號就會衰減到不容易看到。不過若要用SpikerBox看EMG的訊號,那也只要改電容就好了。

在他們的電路設計 裡有寫,只要把電容改成10uF和4.7nF,就可以把訊號變成變成15.9Hz-153Hz,這樣就可以測electromyograms (EMGs)和 local field potentials (LFPs)。所以我就將其中一個的電路改成這樣,這樣我就有一個是專測EMG的spikerbox了,我測了一下連人的也可以測。

除了測AAP和EMG外,後來我看到一個神經學家,用了Spikerbox,居然好像測到了ECG。
http://campus.albion.edu/wjwilson/2011/01/15/ekg-with-the-spikerbox/


我花了一個多禮拜的時間做這些東西,一下班就窩在房間又焊又剪的,居然還用掉0.5Kg的銲錫耶,不過這當然是來自最近幾年玩電子的結果,毒氣應該也吸了不少。
spikerbox

做好的那刻真是太高興了,除了3.5mm公對公的音源線是買的外,其他的線都是自己做的。
spikerbox

這個Spikerbox拿來教神經科學,實在太好了,他們家的wiki還有數個實驗文件

  • 用不同壓力、刺激不同數量的腿毛看
  • 用蠟燭和冰箱,看溫度對神經元的影響
  • 刺激不同的的腿毛看那個腿毛引發的動作電位最大,看Somatotopy
  • 使用不同頻率和音量的聲音訊號找出何者能引發肌肉收縮,這可以用之前說過的訊號產生器來作
  • 電極插不同的地方,看電位訊號的改變
  • 用尼古丁(用香煙泡出來)和Glutamate(用味精泡出)研究突觸間的訊號
  • 用兩隻蟑螂腿來作NeuroProsthetics,一隻被觸摸產生訊號後,透過外加的擴大機放大訊號再刺激另外一隻蟑螂腿。這個概念甚至可變成用人的肌肉收縮來刺激蟑螂腳,影片見此
  • 用凡士林隔絕氧氣,觀察電位訊號消失的時間。擦掉凡士林看何時恢復的時間。
  • 用雙通道的SpikerBox看神經訊號的速度
  • 製作法拉第籠


除了這些以外,還可以看烏賊皮膚的色素細胞隨著音樂改變顏色(不需SpikerBox)
http://news.backyardbrains.com/2012/08/insane-in-the-chromatophores/

另外,還看到一個用蚯蚓來教神經科學的,雖然用的不是SpikerBox,不過應該是可以用的
http://www.funjournal.org/images/stories/downloads/2010_Volume_9_Issue_1/kladt_91_a20-a35.pdf


這影片有談到雜訊的問題,用電腦接收訊號的時候要注意,筆電要用電池供電,不然會有市電60Hz的雜訊,另外手機的3G訊號也會影響,還有電腦螢幕的亮度要調低,這些都可以減少雜訊產生。

另外一提的是,本人可是他們第一個台灣客戶耶。他們家還有賣RoboRoach,用電子訊號控制蟑螂走路的,不過我就沒買了。

2012年9月23日

把任何導電體變按鍵的MakeyMakey

我實在很容易被網路影片吸引就敗家了啊。這個MakeyMakey 應該是今年5月到6月的時候看到的,那時候就被他們家的影片吸引到。怎麼有這麼酷的東西啊,居然可以把香蕉、水盆一大堆可以導電的東西變成按鍵!







正如他們家外包裝盒上寫的Connect The Real World! 等等,怎麼會有外包裝盒呢,啊就,一時手滑就買下去了啊。
MakeyMakey

我是6月17號就訂的,不過他們到8月才開始有成品可以送貨(看包裝盒上寫是Made in China),寄到台灣已經是9月20多號了。

一個是 39.99USD,我買兩個,再加上15USD的運費,換算台幣是2944,另外再加上paypay的手續費38元。


基本上就是可以把任何能導電的東西變成按鍵,香蕉、蘋果、鹽水都可啊,能玩的東西非常多啊,它們家網頁裡就有好多鍵盤遊戲的連結。我自己最想做的是玩反應時間還有讓樓梯發聲,這樣就可以看到學生在樓梯上跳來跳去的,應該很有趣吧。

特別一提的是,這個MakeyMakey和我之前做的Drawdio的作者是同個人,Jay Silver,他還來過台灣,在台灣美術館辦過活動呢,那個活動做的就是Drawdio呢!

偵測電阻來發聲的Drawdio


幾年前看到這個影片,跟著影片的指示,我找到了這個網站Drawdio


Drawdio是Draw和Audio的組合。電路不難,零件不多,主要零件是1顆555,用來作為振盪器。本來的電路裡頭已經有電阻兩顆,分別是10K歐姆和 300K歐姆,另外再加上人體本身的電阻, 而電容則是680 pF,用555產生頻率的公式來計算
f = 1.44 /(C3 * (RA + 2 * RB))

C3 = 680 pF = 0.00000000068 F
RA = 10000 ohms
RB = 300000 ohm to 1000000 ohm (1 Mohm)
兩個外連的端點如果是接人的話,頻率約是1053Hz,而沒接人,直接讓兩條線相接直接短路,則是會發出3471Hz。



在試作的過程中,找到別人的電路圖
http://slab.concordia.ca/2008/arduino/drawdio/
但是555接的R1和R2則是改成10K和100K,電容則是改成680 pF ,這樣一來直接短路則是會發出近10000Hz的頻率,當R2接了人變成1000K時,頻率則變成1053Hz。會選他的電路圖,純粹只是因為他的有麵包板的接法,那個是用fritzing畫的。其實當初會找到這個人的電路圖,就是用" fritzing drawdio"去找的。

這個人的電路圖除了一些電阻接法不同外,他的放大電路是用LM386去作的,原版的則是用兩顆或一顆電晶體(V1.0是用兩顆組成的達靈頓電路,V1.1就一顆而已)。



總之,這就是我在麵包板上先組成的樣子,線好亂啊!
drawdio



當然最後還是希望用洞洞板組好,可是我每次佈線都佈得亂七八糟,還好找到了一個規劃佈線的軟體,Diy layout Creator 簡稱DIYLC。網址 http://code.google.com/p/diy-layout-creator/

事先先畫好怎麼樣連線,結果還是很亂,但至少知道自己該怎麼做。
drawdio洞洞板

這是正面
drawdio


哈,這就是亂亂的背面啊
drawdio



因為板子弄得很大,而且我用9V的電池(原版都用四號的AAA電池),所以我就沒辦法裝在鉛筆上,因此我另外弄一個盒子來裝它。至於要用鉛筆的部份,我就另外找了個大頭針,從鉛筆的屁股刺進去,然後再弄塊鋁片包在鉛筆外面,這個drawdio另外延伸出兩隻鱷魚夾,再去夾住那兩個地方(鉛筆屁股和鋁片),這樣也可以算是Drawdio啦。
IMAG0776

後來我去試植物,看看能不能導電,結果跟預期的一樣,夾在葉子上時,葉脈的地方電阻比較低,叫出的聲音頻率就不同了。

2012年9月17日

雙頻脈搏計

用紅外線LED和接收器加上一些夾子和3.5mm的接頭,我做了這個電腦上的脈搏計之後,現在就來發展些好玩的。

不過首先還是要講一下接法的問題,有鑑於之前波形振幅不夠大,所以我重新試了一下接頭的位置,這才發現,原來我之前正負極接反了。之前接法是下面那個,雖然還是會有波形,但就是不夠大,正確的接法應該是耳機的接地和接收器的正極相接。


接著就有些好玩的,像是把手抬高或是把手放下看脈搏的波形,當把手高舉過頭,高於心臟時,波的振幅就變小了,這和我們自己預測的相同。手抬高之後,心臟不易把血打上去,所以血量的變化也就不大了。


接著,我又做了一個夾子式的脈搏偵測器,把它接到另外一個channel,這樣我就可以同步測量兩個位置的脈搏。

首先是同時同步測量右手和左手的脈搏,結果左手快了大約30多毫秒。原因大概是因心臟和血管的位置。





接著我又測了左手和右腳兩個點的脈搏,結果左手快了右腳約60毫秒。


為了測試正確,所以我有把兩個channel交換測試,結果還是一樣,左手快了一點點。其實這也是當然的答案啦,畢竟左手離心臟還是比較近。

最近有空的話,我還想再試試看一個channel接心電圖機,另外一個接脈搏計,看看兩者時間差有多少?

2012年9月16日

血液觀察-過期的Liu Stain

前陣子觀察血液中紅血球的膨脹和萎縮之後,其實還很想看看白血球和血小板。以前修動物組織學的時候,是都看過啦,可是沒看過自己的就覺得很可惜。後來想起之前整理實驗室的時候,有看到專染血液抹片的一組劉氏染劑,可是一看使用期限,居然已經過期五年多了。

過期的到底還有沒有用呢?染了就知道。

劉氏染劑分成兩罐,分別是LiuA和LiuB。LiuA有Eosin Y,可將細胞質和血紅素染成紅色。LiuB含有Azur I 和methylene azure,可將細胞核和白血球的嗜鹼性顆粒染成藍紫色。

使用方法很簡單,採血針刺一下手指,把血弄在玻片上,再用另外一片載玻片做推片,把血球均勻抹在玻片上。然後A劑滴下去30秒,再加上兩倍的B劑,吹氣混合均勻等60秒。水洗,將多餘染劑去掉後,風乾即可觀察。


這是100x下,顏色很美啊



果然比沒染色要好觀察多了,細胞的凹陷處也很明顯


旁邊的小點應該是血小板,某些地方特別密集。


密集的不只是血小板,白血球也會很密集


大概是因為用到過期的染劑,所以B劑的效果就沒有呈現出來了,該染出細胞核的統統沒有,所以只能猜猜這些大概都是白血球,至於嗜酸還是嗜鹼就再說啦。


這篇有講血球的辨別特徵,等我買到沒過期的染劑再來染一次看看吧,另外再買個A抗和B抗的血清,還可以順便做血型鑑定,順便還可以看看顯微鏡下的凝集情形。

壓電片的振動感應-脈搏

做了骨導音的壓電片版本後,我突然想到可以拿這個裝置作振動感應。於是我就把這個裝置,改插入麥克風孔,再把壓電片壓在頸動脈上,開始錄音。果然啊,是可以偵測脈搏的啊,不過訊號太微弱了。(這就是為什麼我只壓頸動脈,不壓橈動脈的原因啊)


講到這個脈搏偵測,我這兩天才看到一個MIT的研究,能作影像的色彩、動作等放大。可以解析影片,看到呼吸、脈搏的變化。光看我說,沒能感覺什麼了不起,還是要點進去看影片介紹,真的很厲害啊
http://people.csail.mit.edu/mrub/vidmag/


再回到我說壓電片的偵測微弱的問題,目前我是沒想到怎麼讓脈搏放大,不過我看林宣安老師寫的這篇壓電喇叭變身術,裡頭有提到用彈簧和壓電喇叭相接,我想這可能是一種解法。

用audacity撥電話

暑假看到一則影片,是之前讓Google翻譯唱歌的鋼琴家官大為,他居然用鋼琴來打電話

經過影片的解釋,我才終於明白市話的原理,原來是DTMF (Dual-tone multi-frequency signaling,雙音多頻)。每個按鍵音裡其實是發出兩個頻率的聲音,這聲音傳到中華電信那邊之後才去作處理。只要能做出一樣聲音,那要用什麼鬼東西打電話都行,就算用唱的也行,科南的「戰慄的樂譜」當中,就做過用唱的打電話。以前市面上還有賣播號器,也就是這樣的原理。只要在話筒旁播出聲音就可以打電話。相反的,要聽出別人打什麼電話也是同樣的原理,對撥號音做出頻譜分析,就可以知道了,就像這篇新聞一樣啊。

知道基本原理之後,要實作就不難。用audacity生成單音的功能,分別在兩個頻道中做出指定的頻率,例如要撥出0,就做出1336 Hz和 941 Hz的頻率,同時放出就可以了。

做出下面這樣聲音檔之後,話筒放在喇叭旁,聲音播出來,電話就撥出去了。

  


剛開始我還傻傻的一個頻率一個頻率生成,後來才發現原來audacity就有內建雙音多頻音調的生成功能,只要把號碼打進去,就可以自動生成撥號音。
DTMF2


要產生撥號音或是解析撥號音,現在android上也有看到不少app可以做得到。不過自己從原理下次去玩,也是很有趣的。

要解析撥號音的方式,就是對單一撥號音作「分析-繪製頻譜圖」,以下圖為例,這個撥號音有兩個峰值,分別是1347Hz和 944Hz,查一下表,就會發現這音頻組合最接近就是0了。

頻譜分析 

如果音感夠好,光靠耳朵裡的耳蝸作的頻譜分析,我們就可以聽出來撥的是什麼號碼了。

另外,ATM上的按鍵也有按鍵音,不過那些都是相同頻率的音,所以不至於會被聽出來是什麼號碼。但是如果發生有人要你按電話號碼,把銀行相關的數字資訊按過去,那你就得小心了,不管手機還是市話,按鍵傳過去的聲音可都是一樣的頻率組合啊。

最後我在想,機關學校裡的總機系統,應該也是聽撥號音在解析訊號的吧?

葉切片的觀察2-由上而下看黛粉葉

這篇是要作顯微鏡拍攝的葉切面模型,就是分別對某種植物拍攝上下表皮和葉橫切面,再把這幾張照片組合在一起做成一個模型。

我本來對象是茶花的葉子,因為上次看葉切片的觀察1時,發現這個真是很好切。不過我在取葉子上下表皮時,卻遇到困難了,這種葉子真是難撕啊。

所以我只好退而求其次,改用印的,拿透明指甲油和白膠塗在葉上下表皮來取膜子。

首先是上表皮,嗯...這茶花葉子的上表皮完全沒看到特色啊



改用下表皮吧,這個是100倍的


400倍下


偷吃步把它們組合起來,就會變這樣。偷吃步是因為我是拿同一個橫切面當作兩個橫切面在用啊。

葉子實體模型

除了好切難撕皮的茶花葉子之外,我又物色到房間裡的黛粉葉,因為它上表皮和柵狀組織分離,所以撕上表皮很容易啊,這種上表皮算是很有特色的吧。



本來我是要切它的,但是我意外看到被撕下上表皮的葉肉,哇,驚為天人啊,可以從上而下看見柵狀組織耶


再往旁邊移動一點,就可以看到海綿組織。


偶爾可以從海綿組織的縫隙看見保衛細胞啊



最精彩的還是可以看見細小葉脈裡的維管束啊,裡頭還有氣泡,會是我不小心弄進去的嗎?


我覺得這種葉子最棒的

就是提供另外ㄧ種看葉肉的角度,一般看葉肉也就是作橫切面吧,但是很少看到由上而下漸次去看不同組織,而且還不太費工夫耶,這真是一款體貼的植物啊!


下次要再來試試看斑葉大不同裡面提到的秋海棠,也許也有令人驚嘆的表現。

跨平台的訊號產生器JSigGen

電腦的音效卡真的是很棒的東西,有ADC也有DAC,這對許多生醫電子的訊號輸出輸入有很大的幫忙啊。

我最近就在網路上找訊號產生器,雖然audacity本身就可以生成許多音頻,但是那都得先產生後再播放,我還想找能夠即時控制播放的軟體。

找了很久,總算看到一個用Java寫成的軟體 JSigGen,用java的好處是跨平台,所以在ubuntu或是Win都可以用。

http://arachnoid.com/BiQuadDesigner/index.html(主網站,有時會掛掉,下載軟體可用下個連結)
http://mac.softpedia.com/get/Utilities/JSigGen.shtml

目前版本到1.4,只能產生單種頻率的訊號,由一個channel或是兩個channel同時發出,另外可以設定訊號加入何種頻率的載波。有這樣的訊號,後面就可以接一堆有的沒有的東西了。

比如說,我就想試試看訊號通過不同的介質(液體、氣體),然後再經過示波器拾音。這些都用電腦就可以做了。或是用來檢測不同的液體和氣體。這篇用超音波作流量偵測的,說不定也可以我也可以改出來作些什麼東西。

雖然最近玩的東西乍看之下都跟生物無關,但其實最後還是會有關係的。

壓電片的骨導音

最近在把玩一款石器時代收音機時,因為總是出不了聲音,所以就上網找答案。雖然沒能找到解答,但是看到某人對那款收音機所附的耳機提供相關的說明,讓我很感興趣。

那款套件所附的是晶體耳機,有人說如果找不到那種耳機,也可以用壓電片來代替。這讓我忍不住去挖出壓電片來玩。

玩著玩著,突然想到這個可以拿來當作導音嘛!


幾年前作的骨導音,在上次去參加全國國中生專題發表會時,看到新北市的國中生也此做了一件專題研究。在固體介質中傳導聲音或振動,其實還有不少可以發展的專題。


拿壓電片作骨導音就跟咬馬達一樣。若不焊接,則材料需要3.5mm 立體接頭、兩條兩端有鱷魚夾的線、絕緣膠帶、一個壓電片,像下圖這樣接一接就可以用了。有鱷魚夾的話,就算用馬達也不用焊接就是了。


壓電骨導音



後記:後來看到大陸一本「自主物理實驗」有講到幾種牙齒導音或骨導音的實驗,除了用牙齒咬壓電片外,也可以直接把壓電片放在頭骨上、臉上或是脊椎骨上。另外也可以用牙齒直接咬著筷子,筷子頂著鬧鐘。或是拿音叉振動之後,柄放在頭骨上。

用iPad當紅外線遙控器

早先看到小p貼了這個連結(便宜好用-使用耳機孔的IR遙控器),內心就一直惦記著想要作,後來又在Hack a day的網站上再次看到這樣的介紹,再加上幾天前才作了一個電腦上的脈搏計,大部分的材料都在身邊,不如就趕緊作一作,了一樁心事。

整個過程的原理是先利用紅外線接收器接到麥克風插孔(聲音輸入),可以錄下遙控器的紅外線訊號之後,再學著那個訊號,在audacity上做出19KHz的波形變化。然後紅外線LED的正負極互相串聯,接到耳機孔(聲音輸出),把訊號透過紅外線LED發出,變成38KHz的訊號,藉此達到遙控的功能。

詳細的製作過程,在上面第一個連結中,和下面兩個連結裡頭都有。

接收紅外線訊號,我就直接用電腦上的脈搏計的那個接收器,插到電腦的麥克風插孔後,開啟audacity錄音,拿遙控器對著它按鍵,成功的話,audacity就會出現一連串變化極大的波形。錄到這些訊號之後,紅外線接收器就達成任務了,這個可以收起來了。

接著是作訊號處理,我做了三次才成功。其實這個不難,做了三次的原因我還沒了解原理,就隨便亂做。

我文章還沒看完,我就想直接就把錄下的訊號,透過紅外線LED發射出去不就得了。但是那有兩個問題,首先是錄下的訊號是接收器解調過的,並不是38KHz。再者就算你真的弄個38KHz,電腦也發不出那個訊號,因為音效卡都設計是給人聽的,所以訊號最多也就20KHz左右。

因此整件事情就要拐兩個彎才作的到。首先,既然錄下的訊號不是38KHz,那我們就只好學著它的波形變化重新作一個,而且是改用19KHz。雖然是輸出19KHz,但是透過LED的巧妙接法,我們也可以把它變成38KHz。

波形變化要怎麼改呢?前面參考網址都有教,就是在audaciy再開一個音軌,生成19KHz頻率聲音,振幅就維持一樣就好。接下來參考錄下的波形變化,把新的19KHz的聲音都做處理,處理的原則是這樣的,因為錄下的聲音波形變化有High有Low,只要是Low的,我們就學著把19KHz作靜音。把19KHz的那軌處理完之後,複製這軌再貼上,然後對新作的這軌作相反處理,讓波形上下顛倒。處理完這些訊號之後,就把它存成WAV檔,不可以存成mp3檔,因為波形會壓縮。

紅外線發射器的作法是將3.5mm的接頭ground端拆掉,留下兩個左和右的正極。然後  紅外線LED兩顆的正負極互相接作反向並聯。舉例來說這兩個LED命名成A和B,我們就把A的正極和B的負極相接,A的負極和B 的正極相接,然後再把LED焊在3.5mm留下的兩個正極上。



LED本身就是二極體,所以我們可以透過這樣子相接達到類似全波整流的效果,所以原先的19KHz的訊號,透過LED輸出的時候,就會變成38KHz了。(這頁有圖可看)



做了這些,還真的學到不少,之前對訊號透過38KHz載波的原理似懂非懂的,做完之後,懂得更多了,雖然不至於完全了解,但是多少成長了。此外還順便了解了全波整流這件事。

後來看文章的時候,看到有香港網友做了用excel的VBA就可以解析錄下波形的High Low的持續秒數,這點讓我很驚訝,Excel VBA居然還可以解析這些。


原來audacity 存檔也可以導出unsigned 8 Bit的wav檔,或是導出給matlab或是 gnu octave用,我未來想用audacity作data logger,這些資訊對我很重要啊。另外我還看到一個聲音處理軟體sox,我想這以後應該會有幫助。



望遠鏡變顯微鏡

這是一個令人意外的DIY作品
http://www.funsci.com/fun3_en/uzoom/uzoom.htm
作者居然用雙筒望遠鏡加上照相機鏡頭,就做成了一台可無段變焦的解剖顯微鏡。

根據作者的計算,若是使用 8x30 的雙筒望遠鏡,配合上 35-200 mm 的變焦鏡頭。則倍率可到 10倍到 57 倍。(計算方式是 250 x 望遠鏡倍率/鏡頭焦距)

拿雙筒望遠鏡結合相機鏡頭時,還需要數個稜鏡將鏡頭來的光線分光到望遠鏡的兩個鏡筒之間。不過我先用望遠鏡的單邊試試看,我拿了1顆50mm手動標準鏡頭,搭配望遠鏡來看,果然可以放很大,可以見到螢幕的像素點,而且又有不小的工作距離(鏡頭到可視物之間的距離。我的望遠鏡是9x25,鏡頭是50mm ,這樣的放大倍率是45倍。


接著我換一顆105mm的微距鏡頭,放大倍率就比標準鏡還小,最後試了一個18-200的鏡頭,但因為光圈不能自己調,所以效果就不太好了。



後來想想,相機鏡頭就像放大鏡,於是我乾脆拿個放大鏡放在望遠鏡錢,結果效果差不多,不過倍率有比較低啦。(放在望遠鏡前面的小放大鏡是從紙盒式的望遠鏡裡拆下來的)
望遠鏡+放大鏡

以前出野外,有時要看小東西,我會把望遠鏡反過來用,現在發現的這種方式,拿望遠鏡結合放大鏡來當顯微鏡使用,其實還真的很實用耶。不過結合放大鏡要怎麼算倍率呢?目前我也還不知道。

2012年9月11日

微生物固定法

昨天看學生顯微鏡下的水中微生物時,我發現學生標本內的生物居然都不會動,跟學生討論後猜想大概是前一張玻片標本有加鹽水,然後沒洗乾淨,所以這次剛作的微生物標本就被鹹死了。

我想到當水中微生物游得太快,導致我們看不到它們,通常我們會用棉花或是甲基纖維液,讓它們的行動受限。但若是我們只想看外型,不在乎會不會動,那麼若是能找到那個讓微生物都死掉的溶液,不就能夠幫助觀察了嗎

今天趁著學生做完實驗,還有點時間,我就重複前一天學生所作的步驟,結果發現就算我滴了鹽水,微生物也都還是能夠游來游去啊。也許鹹水不是造成它們全死的原因吧。

那麼還有什麼可以讓它們死亡呢?

首先我測試了95%的酒精,雖然能夠殺死這些微生物,但是細胞脫水太嚴重,外型都皺皺的。顯然直接用95%的不是太好。



後來我想起來大學同學阿肥告訴我,他發現加熱(還是加溫?我忘了)可以幫助固定。於是我就到飲水機裝了熱水,試著用一滴熱水加一滴池水的方式來觀察。結果可能是我動作太慢,等到池水加入的時候,水溫已經降低了。

那麼我還可以怎麼作呢?我想到既然要熱,那麼顯微鏡最熱的地方在哪?答案就是光源處,於是我就把玻片放在燈源的地方,烤個數十秒。



結果出爐了,這樣的溫度烤下去,草履蟲果然被害,不動了。但是像輪蟲就還是繼續亂竄。



後來我想到,看這些水中微生物,都沒有滴染劑,那我就來試試看,滴了會發生什麼事情。結果我看到草履蟲整隻都變藍的,但是依舊擁有行動能力。而染色後,草履蟲細胞內的結構就變得更清楚了。

2012年9月10日

觀察質壁分離的瞬間

觀察質壁分離(或稱原生質離,plasmolysis),最容易取得的材料應該算是水蘊草了。看了那麼多次的質壁分離,我倒是沒有親眼看過分離的那瞬間,於是我用電子目鏡接上電腦,一邊在蓋玻片旁滴鹽水,果然拍到那分離的瞬間,沒想到細胞脫水還真是快速啊。

以下影片中是在10倍物鏡下結合電子目鏡拍攝,前兩個都是滴加鹽水,第三個是已經脫水的細胞,我打算讓它復原。每次加水的時候,無論加鹽水或清水,標本都會因此而浮動,所以那瞬間會暫時模糊,不過我都盡可能地握住細調節輪。

這個影片,第10秒時是加鹽水的時候
 



這個影片拍得很長,前面數十秒可看到原生質流動,第 50秒時加入鹽水
  





這個是youtube上找到別人用洋蔥表皮細胞作的
 



最後一個是已經脫水的細胞,我加了好幾次水,想要看細胞復原,不過變化程度不大耶。















2012年9月9日

電腦上的脈搏計

現在的智慧型手機或是平板電腦上面都有測脈搏的程式,使用者把手指頭放在鏡頭上,程式會透過明暗變化來計算脈搏,基本原理就跟這個電子套件差不多。當血液因心搏而一陣陣湧入血管中時,通過手指的光線就會忽明忽暗。

你把手指放在筆電、平板、手機的鏡頭上,然後光線再打下去,你就會看到紅色的畫面會一閃一閃的。我曾經很遺憾,怎麼沒有那種給PC用的程式,可以用來偵測脈搏哩,人家手機和平板都有耶。因此我曾經發願過,改天我就特別去學一下C或是JAVA,看看怎麼抓webcam影像和偵測。不過發願很簡單,實行卻很難。想了那麼久,最後還是什麼都沒作。

今天在youtube找心電圖影片時,突然看到了一部影片,介紹怎麼用簡單零件作脈搏偵測。
Ghetto pulse oximeter
http://youtu.be/nPrhUaV-ERI

看完之後,我真是該敲頭說,我怎麼沒想到呢!

這作法很簡單,只要紅外線接收電晶體、紅外線LED(940nm)、電池、耳機線這樣就夠了,紅外線 LED拿個曬衣夾跟電池夾在一起就可以用了。

 


首先把紅外線接收電晶體和耳機線相連(我是拿之前作的示波器線來夾的),然後耳機插到電腦的耳機孔上。當我們把手指蓋在上面時,紅外線穿透手指照射到它的時候,電壓就會改變,電腦就可以透過音效卡來接收轉換。我們可以開啟audacity或是下載PC的示波器來使用。


這就是audacity偵測脈搏的畫面,因為訊號振幅很小,所以要縱軸要放大才看得清楚。

這是用Scope這套軟體來看的,為了清楚呈現,所以我縱軸調到30m左右,橫軸則是調到5.5。


由於這個裝置的電晶體或是LED隨便動一下,就會產生不少雜訊,所以我決定要來固定一下。找了周遭的材料,發現曬衣夾最合適。我把曬衣夾兩邊都挖洞,把LED和電晶體分別放入,再用熱溶膠固定,這樣一弄果然效果好多了。
 

 

本來我都是夾在小指,但後來我改用其他手指之後,發現這個曬衣夾作的脈搏偵測計就不靈光了,經過測試之後,才曉得問題出在手指的肉不能被夾扁,所以後來我就在衣夾上再夾一隻筆,這樣就可以讓這個夾子鬆鬆的,但也不至於讓光線漏進來。

雖然製作者的影片標題寫說這是測血氧的oximeter,但是啊血氧的測量其實沒那麼簡單耶,我上次那篇寫紅外線觀察的有提到一些,所以這個東西應該稱作脈搏計。

後來我想到,其實改用光敏電阻來作,說不定也可以?

最後一提的是,上頭所提到的第二部影片後面,作者發現這個脈搏計居然可以接收廣播電台。

心電圖機再體驗

以前學日文時,學到了一個有意思的字,叫做「日曜大工」,說的是利用週末時候進行DIY等木工工作,像是作些椅子櫃子。雖然我假日並沒有作木工,但假日的我可是完全陶醉在電子零件當中。

昨天逛網時,看到一個很簡單的心電圖儀器的作法-DIY ECG Machine On The Cheap。重要的零件也才四個而已,LM358N、100KΩ、1KΩ和一個0.1uF的電容而已,這些剛好都是我零件箱裡就有的東西,雖然老早以前我就作了一款心電圖機,甚至後來還在光華商場花了兩千多塊買了心電圖機套件,可是一看到這種製作量測儀器的資訊,我就失心瘋了。

不過在下手之前,我還是先從別的來作。幾個月前看到了一個套件SpikerBox,可以用來作神經訊號的放大,當時我又失心瘋了(對,我一天到晚失心瘋),馬上就買了下來。後來小p有說到,把電腦喇叭裡的擴大機改一改說不定也能用。

這件事我一直掛在心上,但是一直沒動手,兩個禮拜前逛街,看見賣場有個便宜的電腦喇叭,大約一百多元,我立刻想到也許可以拿裡頭的擴大機出來玩。正好今天一早本想要作那個簡單版的心電圖儀器,不如我就先改擴大機試試看吧,後來我但是開零件箱時看到四年前拆下的電腦喇叭,看它們躺在那邊都沒人理,也怪可憐的,想想還是就從它們下手吧。

我有想過要組合兩個擴大機,不過因為以前沒改裝過,所以今天就先對一個下手。我把那個擴大機的輸入和輸出端都接上3.5mm的耳機插孔,藉此我就可以進行擴充。本來的打算是想要拿來試試看,能不能把心臟放電的電壓放大,可是試了好久,一無所獲,大概是放大太少了吧。我看一些專作心電圖的專論上寫,光是前置放大器就放大100倍了,經過濾波之後再放大10倍。光是拿一個小小擴大機,可能放大那麼多嗎?心臟的放電似乎都只有幾mV而已,之後再試試看串連兩個擴大機,看看會不會比較厲害好了。

花了一早上作的東西,沒有得到任何結果,後來我開始作簡單版的心電圖機,最後居然也沒結果,真是很無奈啊,我猜想都可能是電壓太小吧。後來想到五年前曾經作過一款心電圖機,好久沒拿出來玩了。記得當初作的時候,一直很難有穩定的結果,就是偶爾會有訊號而已,猜想是當初用的電極片的問題。後來有次經過醫材行,特別花了160元買了四片電極片,可是買回來之後,就沒合體試過,五年後總該讓它們相逢了。

一開始測試的時候,還是雜訊一堆,原來是我電源線互相交纏,後來把電線理好之後,用作者的這個程式測試之後,心電圖居然穩定的出現了。




後來我改開audacity錄音來紀錄,之前看ㄧ些文章提到說,ECG 的訊號主要在於0.7 至30Hz 部份,所以會再作低通濾波(lowpass filter),把市電的60Hz影響去除。


我在audacity找了一下,果然在效果裡,有lowpass filter,我設定頻率為30,經過處理之後,果然少了很多雜訊


除了這些自己作的心電圖機以外,幾個月前去生物學科中心那邊時,還看到一個清大葉世榮老師和園區一家公司(旺北)開發的一套心電圖機。我想要不是我不知道去哪買,我可能又會買下來了吧。

雖然自己是學生物的,又對電子有興趣,可是對於生醫信號這個領域,真的還是很陌生,畢竟電子學那塊自己真是沒什麼基礎,現在只能靠著網路上的資料慢慢K啦。

生醫信號量測電路之設計 (Google文件)

2012年9月8日

班級畢業紀念冊製作紀錄

書皮


去年帶了一屆畢業,是個分散式資優班,因為是分散式,所以學校的全年級畢業紀念冊也不會特別留空位給這個班。

因此早在九上的時候,班上的大姐頭就提議要作自己班裡的畢業紀念冊,學生們有這種心意當然好囉,只是時值這群學生處於水深火熱之中,所以畢冊的製作完成時間遙遙無期,後來總算在基測結束了,連學生都畢業了之後,這本畢冊才設計完工。

當初要印畢冊之前,學生就先詢過一些價錢,只是少量印刷若是走傳統製版印刷路線,價格就會很貴。後來我在噗浪上問有經驗的老師,有人提到可用數位印刷,價格便宜,品質也不錯,後來我找上秀威資訊這家。要了樣書來看,家長們看了也表示同意,所以就交付給他們印製了。

只是在印製溝通時,有些始料未及的事,我們的設計是側翻頁(上面那張圖片是完整的書衣),但是這樣的設計進不了他們的膠裝機,最後透過公司裡的負責人員BOBO去找外面廠商幫忙,後來不知道是再轉由外廠商印製還是交由外面膠裝,反正總算是完成這項重責大任。

我們做了內文共78頁,尺寸是A4大小,共印了34本,以下是和廠商討論的規格

封面--彩色 210*297mm 250P 銅西 正4反0
           上光-亮P 210*297mm 單面
內文--彩色 210*297mm 150P 雪銅 雙彩
裝訂--膠裝 210*297mm

有一點也是當初沒想到的,我忘了印刷要設定出血,所以後來做出來的畢冊其實比A4小了一點,不過還好當初學生設計的時候,並沒有把照片放在邊緣的地方,所以切一點是還好。

至於價錢的部份,大約是一本400元左右,看在整本滿滿的都是我們班自己的紀錄,我覺得畢冊也不一定說要全校合作一本啦,自己班有一本也很快樂的啊,不過那就要從一年級就開始大量收集照片了。

生物大圖全彩版

上個學年結束前,我讓九年級複習生物時,都盡量畫出了生物大圖,六月初裡《生物大圖續篇》有個同學非常用心地用圖像來整合她曾經學過的知識概念。

當時她畫出的是鉛筆黑白版,後來我就要求她基測考完之後,撥點時間完成彩色版的送給我。就在畢業前夕,這張大圖出現了!掌聲鼓勵鼓勵,未來會不會有學弟妹們超越學姐呢?

全彩生物大圖


讓我們一起看血去

雖然大部分的學生在題目中出現「紅血球丟到清水、鹽水中會有什麼變化」,都可以答得出來,前者是爆掉,後者是萎縮,可是他們大概一輩子都沒親眼看過自己的紅血球爆掉或縮掉吧。

要看紅血球,材料蠻簡單的,可是過程有點複雜。首先得先準備採血針、採血筆,還要面對學生們的哀號,不過這得看學生要不要自願玩,如果老師強逼,恐怕後面就會出現官司了。

在載玻片上滴下一滴血之後,接下來就是推片了,想知道推片怎麼推,上Google查一下「血液 推片」圖片就知道了。我是用蓋玻片推片,推完之後,就直接蓋上蓋玻片了,也沒有另外再作染色,因為重點是看紅血球的形狀變化。

而為了看在不同溶劑下的變化,所以我就在玻片兩側,一邊滴清水(低張溶液),另外一邊滴鹽水(高張溶液),中間沒滴的部份就是原本的血液濃度(等張溶液)。這麼一來就可以同張玻片,有三種享受了。



因為紅血球細胞實在夭壽小,只有6-8 µm,所以得用上40倍的物鏡才看得清楚,這是等張溶液下的情況。有些紅血球剛好是側面示人,所以看得出雙凹圓盤的形狀。有趣的是,紅血球有些會排得像一貫大腸。



再來,下方就是接近清水(低張溶液)的部份了,看得出有些紅血球已經圓滾滾了,下方有些紅紅血球已經爆漿了,只留下細胞膜,但還看得到一些影子,這個已經變成紅血球的鬼魂了(Red Blood Cell Ghost ),剛好應景現在七月的氣氛。


這張是另外一次拍攝的,右邊是紅血球爆漿之後的內含物,大概就像是奶油餅爆出來的奶油,中間則有些餅皮。





再來看加了鹽水(高張溶液)的樣子,意外的是看到一些水滴形狀的血球。咦?你哪位啊?




上面數十個是正常的紅血球,看得到中間凹進去的地方。畫面中間就是已經開始萎縮的細胞


稍稍放大一點,就看到這些小傢伙一個個變成小頭銳面的模樣




說到看血,坊間很流行什麼一滴血檢驗法,說是看血球就可以幫助你判斷身體狀況,像是什麼過度疲勞時,紅血球就會排成甚麼模樣啦,或是在血液裡頭看到什麼細菌、病毒、結晶之類的。我對這種檢測法,抱持著不以為然的態度啦,所以別跟我討論這個東西。

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