Einschätzung zum USB Mikroskop bezüglich Pollen

[SphaeroX]

Hallo liebe Forumnutzer,

ich bin komplett neu in der Mikroskopie und habe mir ein Projekt überlegt, das ich unbedingt realisieren möchte. Und zwar möchte ich mit einer Burkard-Falle Pollen einfangen, mikroskopisch untersuchen und anschließend zuordnen. Das Ganze soll möglichst automatisiert ablaufen, damit ich eine effektive Pollenmessung durchführen kann.

Dazu habe ich mir gedacht, ein Raspberry Pi in Kombination mit einem USB-Mikroskop zu verwenden und die Bildverarbeitung direkt darauf laufen zu lassen. Für die Falle nutze ich einen 3D-Drucker sowie einen Tesa-Klebestreifen. Zusätzlich kommt ein Lüfter zum Einsatz, der die Luft ansaugt.

Anbei findet ihr ein CAD-Bild, das den groben Aufbau darstellen soll:



Man sieht darauf den weiß-matten Tesafilm, der über eine erste Rolle umgelenkt wird. In Schwarz dargestellt ist der Lüfter, der die Umgebungsluft ansaugt. Oben wird später noch ein Trichter montiert, dessen Querschnitt ich noch berechne. Die angesaugte Luft führt die Pollen durch ihre Trägheit auf den Tesafilm. Über weitere Umlenkrollen – die letzte wird motorisiert – wird der Film schrittweise in Richtung des Mikroskops weitergezogen. Unter dem Mikroskop sollen zwei LEDs angebracht werden: eine UV-LED mit 365 nm und eine grüne LED.

Wie bereits erwähnt, bin ich in der Mikroskopie völlig neu. Ich habe mir zunächst ein USB-Mikroskop gekauft – sowas kann man ja immer gebrauchen – und testweise mit klarem Tesafilm einen Abstrich von meinen Gartenmöbeln genommen. Das entstandene Bild möchte ich euch hier zeigen und gerne eure Einschätzung dazu hören:





Reicht die Qualität aus, um Pollen damit zuverlässig zu kategorisieren?

Ich weiß, das Ganze ist etwas blauäugig – aber so bin ich eben. Und der 3D-Drucker will schließlich auch genutzt werden.
Ergänzend habe ich mir noch einen OPC-N3-Sensor von Alphasense angeschafft, der Partikelgrößen von 0,35 µm bis 40 µm in 24 Bins unterteilt erfassen kann.

Viele Grüße
Manuel

[Gerd Schmahl]

Hallo Manuel,
klares "Nein" die Qualität reicht nicht aus. Um Pollen zuverlässig bestimmen zu können, braucht es eine bedeutend höhere Auflösung.

Ich weiß, das Ganze ist etwas blauäugig – aber so bin ich eben

Ja, dem kann ich zustimmen

Kennst Du die verschiedenen Merkmale, die man erfassen muss, um Pollen zuverlässig bestimmen zu können? Hier kannst Du Dich mal einlesen: Pollen-Wiki. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das mit so einfachen Mitteln automatisiert bewerkstelligt werden kann. Wenn das so einfach wäre, wären die Profis, die täglich Pollen bestimmen (z.B. zur Honigsortenbestimmung), sicher auch schon drauf gekommen. In der Regel werden die Pollen mit Fuchsin angefärbt, um alle Details gut erkennen zu können. Dazu muss zuvor der Pollenkitt aufgelöst werden (z.B. mit Äther oder Wundbenzin), weil die Farbe sonst nicht alle Bereiche der Pollenwand erreicht.

Für ähnliche Bestimmungshilfen wie z.B. die Blutanalyse gibt es durchaus vollautomatische Verfahren, aber das sind Millionen-teure Anlagen hinter denen jahrelange Forschung und Entwicklung stehen, die sich natürlich nur lohnen, wenn das jemand bezahlt.

Die meist nur sehr wenigen allergierelevanten Pollenarten kann ein eingearbeiteter Mikroskopiker relativ leicht erkennen, aber das in eine automatische Erkennung umzumünzen, ist mit Sicherheit eine schwere Aufgabe, weil die Pollen z.B. aus verschiedenen Richtungen betrachtet unterschiedlich aussehen. Dazu kommt, dass es für die Bestimmung wichtig ist, die Pollen in einem standardisierten Verfahren unter bestimmten Bedingungen einzuschließen, damit eine Vergleichbarkeit gegeben ist. Das Standart-Eindeckmittel für Pollen ist Glyceringelantine nach KISSER. Warum ist das wichtig?: Weil die Pollen in anderen Eindeckmitteln anders schrumpfen oder quellen. Zur Bestimmung von sehr ähnlichen Pollen (z.B. der sehr zahlreichen Korbblütler), sind aber Größenmessungen unerlässlich. Wenn die Pollen so wie bei Dir uneingedeckt in Luft aufbewahrt und mikroskopiert werden, trocknen sie unweigerlich ein und verändern dabei Form und Größe.

LG Gerd

[Peter V.]

Hallo,

Es gibt von der Firma Hund aus Wetzlar ein Gerät namens  ,,Pollenmonitor", das im Prinzip so funktioniert wie Du Dir das vorstellst. Dahinter stecken aber eine langjährig entwickelte Technologie, viel Know How und vor allem eine umfangreiche Datenbank, die Hund selbst im Laufe einer langen Entwicklungszeit erstellt hat. Dabei geht es auch darum, dass die Pollen in verschiednen Lagen identifiziert werden können, da reicht es nicht, die Software auf nur eine Form zu trainieren. Das Ganze ist sehr komplex und die Tatsache, dass meines Wissens Hund der einzige Hersteller eines solchen Gerätes ist, dürfte schon ein Hinweis darauf sein, dass es nicht gerade trivial ist, so etwas zu bauen. Es ist mir absolut rätselhaft, wie man so etwas mit einer USB Kamera, 3D Drucker und vor allem ohne profunde Kenntnisse realisieren könnte. Ich halte das auch für extrem blauäugig.

Herzliche Grüße
Peter

[liftboy]

Hallo Manuel,

vorab: das wird nix!
Allein die verschiedenen Pinus-Arten die zur Zeit rumstäuben auseinanderzuhalten ist selbst für einen Profi eine Herausforderung. Ich kann da mitreden, da ich mich lange Zeit mit dem Thema beschäftigt hatte. Es wurde teuere Spezialliteratur (unter anderem der "Beug", sehr empfehlenswert) angeschafft, sowie spezielle Objektive (Immersion von 30x bis 100x). Als Kamera tatsächlich eine Mikroskopkamera (Euromex DC 5000) mit dem dazu passenden Messprogramm. Ohne genaue Vermessung wird das nichts. Z.B Kürbis, Malve und Sonnenblume sehen ähnlich aus, unterscheiden sich dann aber doch in "Bestachelung" und Größe. Habe dann erstmal vorsichtig mit Honiguntersuchung angefangen. Interessanterweise fangen manche Pollen an in Hoyers Gemisch Pollenschläuche auszutreiben; also doch wieder Glyzeringelatine. Habe dann also für meine Pollensammlung jeweils zwei Präparate angefertigt, einmal in Eukitt und einmal in Hoyers Gemisch; da tun sich schon Unteschiede auf!
Lange Rede kurzer Sinn: lass es.
Ich häng mal Bilder dran:
Kürbis ~75µ
Malve ~108µ
Sonnenblume ~30µ (da sieht man schon deutlich die Verformung durch das Einschlußmittel, Eukitt-Neo)

Grüße
Wolfgang

[liftboy]

und noch einen zur Irritation hinterher:
Krokus (Crocus candidus var.)
Der gleiche Pollen von unterschiedlichen Pflanzen.
1.Bild 112µ°
2.Bild 122µ°
Da kommt man schon ins grübeln :-)

[Bob]

Hallo Manuel,
vielleicht lässt sich das Ziel auf die Leistungsfähigkeit der Methode anpassen. Volle Leistung geht sicher, aber den Aufwand willst Du vermutlich nicht betreiben. Hast Du denn Erfahrung in der digitalen Auswertung solcher Bilder?
Ich würde erstmal für ein gutes Bild sorgen, das ist im Vergleich der geringste Aufwand.

Viele Grüße,
Bob

[A. Büschlen]

Hallo Manuel,

ein interessantes Projekt zu dem ich was die Technik betrifft (USB Mikroskop, Automatisierung ect.) nichts beitragen kann.
Ich würde mit einem Mikroskop (Durchlicht / Hellfeld) und mit der geeigneten Literatur beginnen um mit der Morphologie der Pollen vertraut zu werden. Als Ausgangsmaterial sammelst du Blüten von Pflanzen die kennst, oder dabei kennenlernst. Auch dazu benötigst du Bestimmungsliteratur.
Arbeitmethoden für Pollenpräparate sind z.B. in
Rieder, Norbert: Morphologische Arbeitsmethoden in der Biologie. ISBN 3 527-26161-3 beschrieben.

@ all: Manuel möchte mit einer Pollenfalle arbeiten. Damit werden fast ausschliesslich Windstäuber-Pollen gesammelt.
Also keine Honiganalyse, denn darin finden wir fast ausschliesslich Insektenstäuber-Pollen.
Halten wir diese Gruppen auseinander, denn dadurch lässt sich das mögliche Artenspektrum stark eingrenzen.

https://www.paldat.org/pub/Pelargonium_carnosum/302760
https://pollen.tstebler.ch/MediaWiki/index.php?title=Pollenatlas#gsc.tab=0
https://www.kosmos.de/de/was-bluht-denn-da-das-original_1511398_9783440511398

Gutes Gelingen!

Grüsse Arnold Büschlen

[SphaeroX]

Zumindest einmal die Auflösung ist nun besser. Auf dem zweiten Bild die Ränder ist der Kleber vom Tesa...


Ich hatte all die Antworten nicht gesehen, da ich irgendwie keine E-Mail dazu erhalten habe.
Ich werde sie mir jetzt erstmal durchlesen, entschuldigt bitte.

[SphaeroX]

So, erst einmal vielen Dank an alle. Ich weiß, es wird vielleicht nicht so klappen, wie ich es mir vorstelle, aber ich sehe solche Projekte eher als Lehrmaterial, getreu dem Motto: "Der Weg ist das Ziel." Zudem möchte ich erwähnen, dass ich aktuell am Ende des Lüfters vom Partikelsensor eine Klebestreifen-Falle angebracht habe, um das Ganze zu testen. Momentan ist die Luft allerdings aufgrund des Regens recht sauber.

Ich würde mit einem Mikroskop (Durchlicht / Hellfeld) und mit der geeigneten Literatur beginnen, um mit der Morphologie der Pollen vertraut zu werden. Als Ausgangsmaterial sammelst du Blüten von Pflanzen, die du kennst oder dabei kennenlernst. Auch dazu benötigst du Bestimmungsliteratur.
Arbeitsmethoden für Pollenpräparate sind z.B. in
Rieder, Norbert: Morphologische Arbeitsmethoden in der Biologie. ISBN 3 527-26161-3 beschrieben.

Vielen Dank! Geeignete Literatur als Laie zu finden, empfinde ich als etwas schwierig. Ich hatte direkt nach Pollen gesucht und mir zunächst das Buch "Pollenanalyse und Vegetationsgeschichte" von Prof. Dr. Herbert Straka besorgt. Allerdings habe ich schnell festgestellt, dass ich mich zunächst in Themen wie Optik und Lichtbrechung einarbeiten musste. Wie gesagt, ich stehe noch ganz am Anfang.

@ all: Manuel möchte mit einer Pollenfalle arbeiten. Damit werden fast ausschließlich Windstäuber-Pollen gesammelt.

Das ist tatsächlich richtig. Mir geht es zunächst um die hauptsächlichen Windblütler, die hauptsächlich zu Allergien beitragen.

vielleicht lässt sich das Ziel auf die Leistungsfähigkeit der Methode anpassen. Volle Leistung geht sicher, aber den Aufwand willst Du vermutlich nicht betreiben. Hast Du denn Erfahrung in der digitalen Auswertung solcher Bilder?
Ich würde erstmal für ein gutes Bild sorgen, das ist im Vergleich der geringste Aufwand.

Genau daran arbeite ich aktuell, nämlich zunächst ein gutes Bild zu erzeugen. Ich sehe das weniger als Aufwand, sondern vielmehr als Hobby. Wenn ich freie Zeit habe, setze ich mir ein Ziel und versuche es zu erreichen. Dabei lernt man sehr viel, unabhängig davon, ob man das Ziel erreicht oder nicht – ganz im Sinne von: ,,Ich habe 1000 Wege gefunden, wie es nicht funktioniert." Ein gewisses Budget ist vorhanden. Ich habe bereits Erfahrung mit der digitalen Bildauswertung mittels Machine Learning, allerdings nicht speziell im Bereich der Pollenanalyse, sondern eher in der industriellen Qualitätsanalyse sowie Zählungen und Kategorisierungen.

Ich häng mal Bilder dran:
Kürbis ~75µ
Malve ~108µ
Sonnenblume ~30µ (da sieht man schon deutlich die Verformung durch das Einschlußmittel, Eukitt-Neo)

Vielen Dank für das Bildermaterial! Bei der Sonnenblume merke ich direkt, wohin die Reise geht – es wird nicht einfach. Meinst du mit "Beug" das Buch ,,Leitfaden der Pollenbestimmung" von Hans-Jürgen Beug?

Es gibt von der Firma Hund aus Wetzlar ein Gerät namens ,,Pollenmonitor", das im Prinzip so funktioniert, wie Du Dir das vorstellst. Dahinter stecken aber eine langjährig entwickelte Technologie, viel Know-how und vor allem eine umfangreiche Datenbank, die Hund selbst im Laufe einer langen Entwicklungszeit erstellt hat. Dabei geht es auch darum, dass die Pollen in verschiedenen Lagen identifiziert werden können; da reicht es nicht, die Software auf nur eine Form zu trainieren. Das Ganze ist sehr komplex und die Tatsache, dass meines Wissens Hund der einzige Hersteller eines solchen Gerätes ist, dürfte schon ein Hinweis darauf sein, dass es nicht gerade trivial ist, so etwas zu bauen. Es ist mir absolut rätselhaft, wie man so etwas mit einer USB-Kamera, 3D-Drucker und vor allem ohne profunde Kenntnisse realisieren könnte. Ich halte das auch für extrem blauäugig.

Ich gebe dir durchaus recht, aber mir geht es hauptsächlich um das Herumtüfteln. An der Uni Graz gab es bereits ein solches Projekt, das zeigt, dass es zumindest bis zu einer gewissen Stufe möglich ist: https://www.tugraz.at/tu-graz/services/news-stories/tu-graz-news/einzelansicht/article/pollenmesssystem-der-tu-graz-analysiert-pollen-schnell-guenstig-und-automatisch/

Wenn man sich das zugehörige Bild anschaut, sieht es für mich aus, als würde ein Messer verwendet, um die Pollen zum Objektiv zu schieben:


Hier noch ein Paper dazu: http://www.olgasaukh.com/paper/cao20automated.pdf

Die Geräte der Firma Hund sind aktuell in Bayern aufgestellt (8 Stück), soweit ich weiß, sind dies sogar die einzigen aktuellen Pollenmessstationen in Deutschland. Da sind sie wirklich fortschrittlich! Die aktuellen Werte kann man hier abrufen: https://www.epin.bayern.de/pollenflug-24h/Mindelheim

Hier kannst Du Dich mal einlesen: Pollen-Wiki. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das mit so einfachen Mitteln automatisiert bewerkstelligt werden kann. Wenn das so einfach wäre, wären die Profis, die täglich Pollen bestimmen (z.B. zur Honigsortenbestimmung), sicher auch schon drauf gekommen. In der Regel werden die Pollen mit Fuchsin angefärbt, um alle Details gut erkennen zu können. Dazu muss zuvor der Pollenkitt aufgelöst werden (z.B. mit Äther oder Wundbenzin), weil die Farbe sonst nicht alle Bereiche der Pollenwand erreicht.

Vielen Dank auch dir! Das Pollen-Wiki ist goldwert. Manchmal denke ich, ich bin zu blöd zum Googeln, weil ich so etwas nicht selbst finde.

Die meist nur sehr wenigen allergierelevanten Pollenarten kann ein eingearbeiteter Mikroskopiker relativ leicht erkennen

Und solche Sätze geben definitiv Grund zur Hoffnung. Ich weiß, es steht einiges an Arbeit bevor. Danke auch für den Tipp mit der Glyceringelatine, das hatte ich bereits in einigen Artikeln gelesen.

[Gerd Schmahl]

Hallo Manuel,
das Nadelöhr, an dem Du nicht vorbei kommst, ist eine halbwegs gut Optik. Ja, die Auflösung ist etwas besser geworden, aber immer noch recht dürftig im Vergleich zu einem "richtigen" Mikroskop. Immerhin kann man den aus 3 Kugel bestehenden Pollen als Nadelbaumpollen ansprechen.

Zum Einarbeiten in die relevanten optischen Grundlagen kann ich Dir den Pfad durch die Lichtmikroskopie empfehlen. Noch etwas ausführlicher ist die Mikrofibel .

LG Gerd

[Sourdough]

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[Sourdough]

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[Peter V.]

Hallo,

ohne entmutigen zu wollen und nur, um die Schwierigkeit darzustellen: Aus einem Vortrag von Dr.Jörg Haus von HUND über die Funktion und Entwicklung des Pollenmonitors weiß ich, dass sie in der Datenbank zum Abgleich ca.1000 (eintausend!) Bilder pro Pollensorte(!) gespeichert haben, insgesamt über 150.000.

Die Technik ist das eine (schon schwieirig genug!), das andere ist, zum Abgleich (auch wenn sie KI-gestützt ist) zunächst einmal eine ausreichende Anzahl von Bilder zur Verfügung zu haben.

Herzliche Grüße
Peter

[Sourdough]

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[Peter V.]

Hallo Michael,

Vermutlich wird die HUND schon an so etwas arbeiten, wenn die eh so einen Schatz haben.

Äh...ja!? Der "Pollenmonitor" ist ein solches fertig entwickletes und im Einsatz befindliches Gerät der Firma HUND! Jörg Haus hat darüber vor ca. einem Jahr einen Vortrag bei den "Tübingern" gehalten.

https://www.hund.de/wp-content/uploads/2023/03/Hund-Flyer-Pollen-A4-23062022-EN-Einzelseiten.pdf

Hezrliche Grüße
Peter