Conectorscópio - microscópio para celular de baixo custo.

Introdução

O microscópio foi inventados no Século XVI. No Século XVII, o microscópio se tornou mais conhecido após a publicação do livro Micrografia do cientista inglês Robert Hooke. Ele descreveu a estrutura externa de uma célula vegetal pela primeira vez. Na mesma época, o vendedor holandês de tecidos chamado Anton van Leeuwenhoek criou lentes com centenas de vezes de aumento. Esse cientista cidadão foi o primeiro a descrever células vivas de microrganismos, células animais e de outros animalículos na água como protozoários e algas. Séculos de desenvolvimento dos microscópios expandiram o números de formatos, o grau de ampliação, resolução das imagens e as aplicações desse equipamento científico. Os microscópios tem sido também produzidos de forma DIY em makerspaces, hackerspaces e escolas. Contudo, a maioria dos brasileiros nunca construiu um microscópio.

O Conector Ciência desenvolveu o Conectorscópio - um microscópio digital, de baixo custo e acoplável à câmera do celular smartphone que pode ser construído facilmente por qualquer pessoa acima de 10 anos. Esse microscópio simples é feito com uma lente convergente (plano-convexa) retirada de leitores de computadores obsoletos que foram jogados no lixo (resíduo eletrônico), impressão em 3D, papelão usado e outros componentes de baixo custo. Esse modelo remete aos microscópios de uma lente que foram criados por Anton van Leeuwenhoek porém agora feito com o reaproveitamento de lixo eletrônico em um processo criativo conhecido como gambiarra, fabricação manual/digital e economia circular. O projeto está disponível com licença aberta Creative Commons, a qual permite usos para fins não comerciais e exige a citação da fonte: Conector Ciência 2018 CC BY NC 4.0. 

Observando células vegetais.

Observação da pele.

Reuso de resíduo eletrônico.

A principal referência bibliográfica para a confecção desse microscópio foi o artigo dos brasileiros Sepel et al (2011) em que descreveram o uso de lentes convergentes extraídas de resíduo eletrônico e tecnologias obsoletas para a produção de microscópios.  A principal referência para a confecção do suporte de lente impresso em 3D foi o modelo publicado pelo PNN Laboratory. A estrutura de papelão foi inspirada no formato dos primeiros microscópios DIY publicado no Instructables, no caso feito de madeira e acrílico, materiais caros e que exigem ferramentas especializadas.

Confira as referências bibliográficas no fim da página.

Materiais

Materiais para 1 microscópio:
​1 suporte de lente impresso em 3D. 
​Download aqui do arquivo (.stl) do modelo tridimensional.
1 leitor de DVD/CD de resíduo eletrônico ou computador não funcional.
1 caixa de papelão de sapatos (ou outro tipo de papelão flexível com gramatura fina).
4 parafusos para cama (M4) com 15 cm de comprimento cada.
12 porcas, 3 unidades para cada parafuso.
4 arruelas, 1 unidade para cada parafuso.
1 quadrado de massa adesiva Multi-tack da marca Pritt.
1 lanterna de LED.
1 bastão de cola quente.
​1 palito de churrasco.
1 garrafa de plástico lisa, transparente e incolor.
​1 tubo de ensaio.
Papel Canson colorido 120 g. 

Valor estimado por microscópio:
10 - 20 R$.

Dicas de logística:
Obtemos os leitores de DVD com a empresa Tech Trash e as cooperativas parceiras da empresa no Rio de Janeiro.

Ferramentas

Equipamentos de proteção individual (EPI)
1 Par de luvas de tecido.
1 Óculos de plástico.
​
Fabricação manual
1 Chave Phillips 1/8.
1 Chave de Fenda 1/8.
1 Estilete.
1 Tesoura.
1 Canetinha.
1 Régua de 30 cm.
1 Furadeira.
1 Serrinha de mão (arco de serra com lâmina para plástico ou metal).
1 Broca de furadeira de 5 cm.
1 Pistola de cola quente.
1 Pisseta.
1 Pinça para sobrancelha.

Fabricação digital
1 Impressora 3D.
1 Rolo de Filamento de plástico PLA (biodegradável).
1 Computador.
1 Software de Modelagem em 3D.

Dicas de locais para impressão em 3D:
Você pode usar uma impressora em 3D em um makerspace, Fab Lab, hackerspace, universidade, escola, casa de um conhecido ou contratar o serviço. Verifique o mapa completo de iniciativas Maker no Brasil e busque um local próximo de vocês. 

Recomendamos: Rio de Janeiro:  Maker Factory (baixo custo) ou eLABorado (baixo custo). São Paulo: Fab Lab Livre (gratuito + materiais). Minas Gerais: Idea Real Biolab (gratuito + materiais). Bahia: IHAC-labi (gratuito + materiais). Manaus: Fab Lab Manaus (baixo custo).

Tutorial

1 - Prepare as camadas. 2 - Monte o suporte. 3 - Insira a sua amostra. 4 - Coloque o celular sobre o suporte e pressione o papelão para focalizar.

Passo 1: Use os equipamentos de proteção individual.
Passo 2: Retire os parafusos externos do leitor de DVD de notebook com a chave Phillips.
               Observação 1: Encaixe a ponta da chave o parafuso de modo vertical, pressione a chave para baixo e comece a girar a chave. 
Passo 3: Retire a capa de metal que estava presa pelos parafusos.
               Observação 2: Algus leitores de DVD tem a capa fixada também com fitas adesivas, retire-as com a ponta de uma chave de fenda. 
Passo 4: Encontre o cabeçote do laser onde fica a lente de vidro na parte central do leitor de DVD.
Passo 5:  No cabeçote do laser você verá uma pequena lente de vidro (1 cm de diâmetro), retire-a com uma chave de fenda e guarde-a com cuidado.
               Observação 3: Pressione de baixo para cima o plástico que a circunda a lente, não pressione a lente para não arranhá-la ou quebrá-la.
Passo 6: Faça uma anel fino com um pouco da massinha adesiva multi tack.
Passo 7: Fixe o anel no entorno da lente, sem cobrir a lente, apenas na lateral.
Passo 8: Retire a capinha do celular.
Passo 9: Acomode o suporte de lente no celular, alinhando a abertura do suporte que permite estabilidade com a câmera do celular.
               Observação 4: O suporte tem 2 aberturas grandes e 1 pequena. Preferencialmente, utilizar a pequena abertura para a lente do notebook.
Passo 10: Fixe a lente já com a massinha em seu entorno dentro da abertura que melhor se adeque ao seu celular.
               Observação 5: A superfície plana da lente deve encostar na câmera do celular, você sentirá que a lente é convexa de um lado. 
Passo 11: Encaixe o suporte de lente impresso em 3d no celular, de modo que a lente no suporte alinhe com a abertura da câmera frontal. 
Passo 12: Desbloqueie o seu celular e abra o software da câmera.
               Observação 6: Você verá a tela toda embaçada (fora de foco) porque a distância focal da lente do leitor de DVD é pequena.
Passo 13: Aproxime da amostra, quase encostando, a câmera do celular já com o suporte impresso em 3D do objeto em um local luminoso.
               Observação 7: A distância focal é de cerca de 1 mm de distância da amostra no caso da lente de DVD de notebook. 
               Observação 8: Você verá que é difícil manter o foco e iluminar a amostra, assim é melhor construir um suporte com iluminação própria.
Passo 14: Defina as dimensões das 3 camadas quadradas/retangulares do suporte de papelão para caber o seu celular sobre o suporte.
               Observação 9: As medidas podem variar de acordo com o modelo do celular. Experimente com as dimensões! Baixe o nosso exemplo aqui.
Passo 15: Corte as 3 camadas do suporte de papelão (mesmas dimensões para cada camada) com uma tesoura e/ou estilete.
               Observação 10: você também pode cortar o modelo no papelão na máquina de corte a laser. Exemplo: arquivo com extensão .svg e .dxf. 
Passo 16:  Corte um quadrado ou abertura na região central ou aproximadamente 3/4 da lateral inferior em duas das três camadas de papelão.
               Observação 11: A camada sem corte interno será a base. A abertura permite a passagem de luz.
               Observação 12: Ajuste o local da abertura para coincidir com a posição da câmera do celular quando ele está estável sobre o suporte.
               Observação 13:  A posição dessa abertura interna vai variar de acordo com o modelo de celular. Experimente com as dimensões!
Passo 17: Empilhe as três camadas de papelão e perfure orifícios redondos nas quatro extremidades com uma furadeira.
               Observação 14: Os orifícios devem ser feitos próximos aos vértices e a 1.5 cm de distância da borda para evitar que rasguem o papelão.
Passo 18: Separe as camadas de papelão.
Passo 19: Insira um parafuso contendo já uma arruela em um dos orifícios feitos com a furadeira na camada de papelão da base.
Passo 20: Insira o parafuso no mesmo orifício da próxima camada de papelão.
Passo 21: Insira duas porcas no parafuso.
Passo 22: Insira o parafuso no respectivo orifício lateral na última camada de papelão.
               Observação 15: Se inseriu o parafuso nos orifícios corretos, as aberturas interna da camada intermediária e superior estarão alinhadas.
Passo 23: Insira uma porca na ponta do parafuso para finalizar.
Passo 24: Repita os passos 19-23 com os outros três parafusos.
Passo 25: Fixe a base ainda mais aplicando cola quente entre a arruela e o papelão.
Passo 26: Insira a lanterna entre a camada da base e a intermediária, de modo que a lâmpada esteja alinhada com a abertura interna. 
               Observação 16: Faça ajustes na altura das camadas para acomodar a lanterna ou use uma lanterna baixa de acampamento.
               Observação 17: Opcional - use uma serrinha de mão para reduzir o comprimento do corpo da lanterna.
               Observação 18: Opcional - faça um circuito elétrico simples com bateria de lítio, fios, lâmpada de LED branca e botão interruptor.
Passo 27: Faça lâminas de plástico cortando retângulos nas paredes da garrafa de plástico.
               Observação 19: Elas substituem as lâminas de vidro para visualizar as amostras frescas, evitando acidentes com vidro.
Passo 28: Escolha as amostras que deseja observar e colete-as com um tubo de ensaio ou outro recipiente.
Passo 29: Coloque a amostra sobre a lâmina de plástico com uma pinça e ajuste a posição dela com o palito de churrasco.
               Observação 20: Escolha amostras finas para a luz atravessar os tecidos e adicione água nas amostras com uma pisseta.
               Observação 21: Lâminas fixadas e coradas tem melhor contraste entre as estruturas.
Passo 30: Insira a lâmina entre a camada intermediária e a inferior, deixando-a sobre a abertura interna de modo que a luz atravesse a mesma.
Passo 31: Ligue a lanterna. 
Passo 32: Desbloqueie o seu celular e abra o software da câmera.
Passo 33: Coloque o celular já com o suporte impresso em 3D acoplado à câmera do celular sobre a camada de papelão superior.
Passo 34: Alinhe a posição da câmera com o suporte impresso em 3D com a abertura de onde está vindo a luz, a qual está passando pela amostra.
               Observação 22: Você deverá ver a imagem embaçada e/ou anéis concêntricos. 
Passo 35: Pressione levemente a ponta do seu onde fica a sua câmera na camada superior de papelão, aproximando-a da camada intermediária.
Passo 36: Assim que focalizar, você verá a sua amostra aumentada cerca de 27 vezes no caso da lente extraída de um leitor de DVD de notebook.
               Observação 23: Quanto menor for a lente utilizada maior será o aumento. A lente extraída de um DVD de computador desktop é maior. 
Passo 37: Use o zoom da câmera do seu celular pra ampliar ainda mais a imagem (~110 X) com o Zoom máximo (4X). 
               ​Observação 24: A câmera no suporte é análoga à objetiva e as lentes na câmera do celular são análogas às lentes intermediárias e ocular.
Passo 38: Fotografe a sua amostra e poste nas redes sociais ou compartilhe nos aplicativos de mensagem. 

Referências

 - Wollman AJM, Nudd R, Hedlund EG, Leake MC (2015). From Animaculum to single molecules: 300 years of the light microscope. Open Biol. 5: 150019. http://dx.doi.org/10.1098/rsob.150019
 - Hooke R (1665). Micrographia. Link: https://www.gutenberg.org/ebooks/1549. Último acesso: 15-07-2019.
 - Zuylenp JV (1981). The microscopes of Antoni van Leeuwenhoek. Journal of Microscopy, 121: 309-328.
 - Sepel LMN, Loreto ELS, Rocha JBT. (2009). Using a peplica of Leeuwenhoek’s microscope to teach the history of science and to motivate students to discover the vision and the contributions of the first microscopists. CBE—Life Sciences Education, 8: 338 –343.
 - Boufleur RN (2013). Fundamentos da Gambiarra: A Improvisação Utilitária Contemporânea e seu Contexto Socioeconômico. Tese de Doutorado. Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo (USP).
 - Creative Commons. Link: https://creativecommons.org/. Último acesso: 15-07-2019.
 - Sepel LMN, da Rocha JBT, Loreto ÉLS (2011). Construindo um microscópio II bem simples e mais barato. Genética na escola: 06.02, 1-5.
 - Pacific Nothwest National Laboratory - US Department of Energy. Link: https://availabletechnologies.pnnl.gov/technology.asp?id=393
 - Yoshinok - Instructables (2013). Link: https://www.instructables.com/id/10-Smartphone-to-digital-microscope-conversion/

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