我们设计并建造了PrintScope——一种可3D打印、制造极其简单、低成本的显微镜，旨在为任何人开启通往微观世界的大门。

在设计之初，我们调研了网上各种各样的显微镜方案，其中著名的Foldscope项目给了我们极大的启发。Foldscope本质上是一种列文虎克式显微镜——通过一颗极小的玻璃珠提供很大的曲率，作为单片式超级放大镜来观察样本。它有着像场不平、观测距离很近的先天局限，但也同时拥有成本低廉、超级便携的突出优点。

Design Background

我们买来Foldscope进行测试后，发现它仍存在一些实际痛点：网购一套的成本约20元，它使用了特殊的高弹性卡纸并进行了预裁切，如果完全用唾手可得的A4纸复刻，不仅加工费时，精度和性能也大打折扣；同时，那颗玻璃珠如何稳固地固定在纸面上也是一个棘手的问题。此外，Foldscope需要裁切出机台、X轴滑动台、Y轴滑动台、装片夹、镜头卡扣、斜坡等七八个零件，学习成本相当高。

于是我们开始思考：有没有可能进一步降低物料成本？有没有可能大幅降低手工复刻的学习成本？在3D打印机逐渐普及、打印变得前所未有的容易的当下——我们能不能做出一款基于3D打印的、谁都能通过创客类网站下载文件并自行复刻的简易显微镜？

于是，PrintScope 诞生了。

作为iGEM竞赛团队的成员，我们在合成生物学实验中，常常需要快速观察细菌、酵母和植物组织样本。传统的实验室显微镜虽然精密，但笨重、昂贵，难以带到课堂、户外或科普活动现场。这款PrintScope正是我们为教育场景和iGEM outreach活动量身打造的工具——让每一位学生、爱好者，甚至资源匮乏地区的孩子们，都能亲手看到那个曾经只存在于课本里的微观世界。

Main Features

在光学系统设计上，我们沿用了列文虎克/Foldscope式的单片式构造。我们从网上购买了多种不同直径的玻璃珠（1mm、1.5mm、2mm、4mm等）通过光学公式定量计算焦距、放大倍率、工作距离等核心参数，完整对比数据见下表（表1），以此完成多规格透镜系统性测试，发现2mm玻璃珠是最优的折中选择。

结合参数分析：若选用 1mm 玻璃珠，理论放大倍率可达 333×，但仅 0.25mm 的工作距离空间极狭小，标本很难放置、调试难度极高；4mm 及更大直径玻璃珠的工作距离充足，但放大倍率大幅衰减（4mm 仅 83×），观测细节表现力不足；2mm 玻璃珠有效倍率约 167 倍，工作距离（样品到镜头的距离）约0.5mm，既保留充足放大倍率，又预留出适配常规生物标本的操作空间，兼顾成像效果与装配、调阅的易用性 —— 更大直径珠子倍率不足，更小直径珠子则因工作距离过窄难以安装、观察。

基于此，我们将整个显微镜优化为仅需两个3D打印部件：镜体底座和弹性卡扣式镜片座（FlexiLens）。并针对Foldscope的痛点做了以下针对性优化：

 一体化卡扣式镜体——无需胶水、无需额外零件，轻松拼装，仅需2个打印件

滑轨式对焦——通过手指捏住两侧princhbridge按压桥，带动中间Flexi Origami折纸结构的FlexiLens柔性调焦片形变，可轻松实现精准对焦 

图2

图3

图4

图5

调焦滑轨：组装卡扣和pinchbridge左半（图2）、pb右半边和组装好的调焦滑轨（图3）（与实际左右对应）

fl的最低/最高两种状态：最低（图4）、最高（图5）

四向辅助观察口——上下左右四个方向开设样品居中观察孔，方便快速将样本定位到透镜中心

手指适配槽与推片凹槽——左侧向内凹试区域适配大拇指，增加了手动控制装片位置的范围和调整灵活性

 图6

四向辅助观察口、拇指适配区域与按压方式解析（图6）

左右对称设计——同时适配左撇子和右撇子用户

人体工学持握设计——镜体背面的凹凸结构经过精心优化，刚好适配食指的自然弧度；使用时一手持握，另一手推动载玻片调焦，调焦动作完全在侧面进行，不遮挡视线，无需反复调整眼睛位置即可舒适观察

图7

背面适应食指结构（图7）

             图8                                 

图9

推荐两种观察方式：（观测前建议摘下眼镜，获得更清晰的成像效果）

①一手捏显微镜，一手捏装片，对准灯光/天空观测（图8）

②手机手电筒作为光源（亮度最低），贴近桌面进行观察（图9）

兼容标准载玻片——学校实验室现有耗材直接可用

                   图10                                  

图11

支持标准化玻璃装片：图10、图11（红色槽位即给标准载玻片的适配位图）

极致轻量化——适合课堂分组、户外采样、科普路演

优化弹性结构——耐得住多次折叠，且整个装置仅使用PLA Basic即可打印，无需弹性TPU材料，进一步降低门槛

 Components Included

底座：稳定支撑，中间圆孔为透光通道，让自然光照亮样本。·

载片：放置观察样本的平台，中间小孔为弹珠镜头安装位，四周小孔辅助透光。·

弹珠镜头：核心放大部件，安装在黑色载片中间小孔，实现显微成像。

Assembly Notes

1.将载片平稳卡入底座的卡槽中，确保中间透光孔对齐。

2.把高透明弹珠卡入载片中心的小孔内，固定牢固即可。（建议将弹珠静置于桌面，载片正面朝下，中心小孔对准弹珠下压）

注意事项：

1.本支架依靠 0.2mm 超薄柔性铰链实现弯折夹持，禁止暴力大幅度反复弯折，过度扭曲会造成铰链断裂、永久折痕发白，碎片易划伤手指；若出现开裂、破损请立即停用，不要继续使用破损支架夹持镜头与标本。

2.本品为PLA塑料制品，易软化，请勿放置窗台、暖气、台灯等高温光源旁以免变形

3.配套生物切片为薄玻璃载玻片，玻璃边缘锋利，拿取、插入支架滑槽时捏住标签区域，禁止直接触碰玻片切割边缘，防止割破皮肤；

4.装载玻片时平缓推入支架卡槽，勿用力硬塞，防止玻片受力崩裂；观测完成后先取出切片，再收纳支架，不长期将玻璃片卡在支架内挤压存放。

5.优先使用室内柔和自然光透射观测，若使用台灯补光，灯具与支架保持 10cm 以上距离，强光、近距离长时间照射会加热支架 PLA 结构，造成软化变形；禁止使用激光、强光手电直射镜头与人眼，强光会损伤视网膜。