Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Unblenders, Dremelfuges, dan pinset optik

Makmal Fabbed: Kumpulan sains DIY Tekla Labs, yang diasaskan oleh penulis, membuat arahan percuma untuk membuat "peralatan makmal standard menggunakan bekalan tempatan yang tersedia."

Dua projek DIY paling berguna yang saya tahu adalah pemain rekod yang diubah suai yang tidak membuat bunyi dan pengisar dapur yang tidak mencampurkan kandungannya. Kedua-duanya adalah peralatan sains gred penyelidikan. Para saintis, baik amatur dan profesional, membina peralatan untuk melakukan eksperimen yang nyata dan penting. Instrumen ini terdiri dari pengubahsuaian mudah dari $ 10 alat kepada $ 100,000 instrumen ketepatan yang dibina dari awal. Peralatan DIY adalah alternatif yang dapat menjimatkan wang dan lebih mudah diperbaiki daripada versi peralatan komersial standard kotak tertutup. Tetapi pada masa yang sama, beberapa penyelidikan paling canggih yang dilakukan hari ini hanya mungkin melalui alat DIY novel.

  

  

(Kiri ke kanan) Pemutar sampel ini menggunakan motor DC untuk menyediakan pencampuran sampel makmal secara berterusan. Centrifuge dibuat dari alat pemukul telur tangan. Pengadun magnet $ 30 ini melakukan tugasnya dengan rakan dagangan komersil $ 250- $ 1,000.

Kaedah standard untuk mengenal pasti protein dan DNA dengan pewarna memerlukan langkah menimpa semalaman pada pemutar sampel. Pertumbuhan pelbagai organisma bersel tunggal dilakukan dengan gangguan yang sama. Daripada membeli pemutar komersil untuk $ 500, sama ada pro-cedure boleh diselesaikan dengan mengubah gramophone untuk memasukkan bekas sampel dan bukannya LP. Dengan menambahkan penyesuai untuk memegang tiub ujian, pengisar dapur anda boleh menjadi centrifuge untuk memisahkan sampel seperti kultur bakteria atau komponen darah.

Centrifuge adalah laboratorium biologi penyelidikan, dan terdapat banyak pilihan bahan-bahan DIY. Satu contohnya ialah sentrifu kecil yang memerlukan tidak lebih dari 30 minit pengubahsuaian mudah untuk alat pemukul telapak tangan. Tidak bunyi seperti instrumen gred penyelidikan? Fikir semula. Ia direka oleh salah seorang ahli kimia paling terkenal di dunia, George Whitesides, di Harvard. Untuk menggunakan peralatan DIY yang mudah - atau mana-mana kelengkapan - dengan kajian penyelidikan yang terkawal, prestasi tersebut harus dikalkimumkan dan didokumenkan. Reka bentuk pemukul telur Whitesides telah diterbitkan dengan pengiraan matematik dan ujian prestasi eksperimen.

Bergerak keluar dari dapur dan masuk ke garaj untuk inspirasi, kami mendapat prestasi yang lebih tinggi (berputar lebih cepat) dengan "Dremelfuge" Cathal Garvey, pemutar centrifuge berpetak 3D yang dipasang pada alat putar genggam yang popular. Garvey telah menggunakan Dremelfuge yang dilampirkan pada gerudi standard untuk pengasingan kecil DNA plasmid daripada bakteria, satu langkah penting dalam banyak kajian gen dan protein.

Untuk mensterilkan alat sebelum eksperimen, saintis menggunakan autoklaf, alat yang pada dasarnya adalah periuk tekanan besar dan canggih. Bagi banyak aplikasi, meminjam dari dapur anda akan berfungsi dengan baik, dengan andaian anda boleh bekerja dengan kumpulan yang lebih kecil dan bersedia menunggu sedikit lebih lama (tukang periuk tekanan beroperasi pada tekanan yang lebih rendah daripada autoklaf dan sebab-sebab yang jelas juga tidak direka dengan kitaran pengeringan terbina dalam pada akhir). Sama seperti autoklaf komersial, anda boleh menguji bahawa periuk tekanan melakukan tugasnya dengan menambah pita autoklaf pada apa sahaja yang anda sterilkan - jika jalur hitam kelihatan, suhu cukup tinggi (biasanya 121 ° C).

Menjaga perkara yang steril dan mencegah pencemaran adalah penting untuk eksperimen biologi. Atas sebab ini - dan juga kerana tiada siapa yang mahu terus mencampurkan cecair selama berjam-jam - alat makmal yang dipanggil pengaduk magnet biasanya digunakan untuk campuran dan menyediakan cecair. Platform pengaduk bergantung pada medan magnet yang berputar untuk teruskan dan merata bar magnetik kecil yang dimasukkan ke dalam wadah cair. Versi komersial asasnya berharga $ 250- $ 1,000, tetapi penyelidik universiti, Malcolm Watts, telah membina versi DIY dengan baik di bawah $ 30 yang sangat elegan rakan sekerja universiti saya tidak menyedari ia dibina sendiri (lihat teklalabs.org untuk reka bentuk). Tidak seperti mana-mana versi komersil yang saya tahu, pengadun magnet Watts melepaskan bateri, jadi saya dengan mudah boleh bergerak di sekitar makmal yang diperlukan dan penyelidik boleh menggunakannya di lokasi lapangan jauh atau negara-negara membangun tanpa akses ke kuasa dinding.

Di samping fleksibiliti dan kemampuan DIY, para penyelidik membuat instrumen mereka sendiri untuk dapat melakukan perbaikan secara dalaman. Sesungguhnya, tidak lama dahulu, pembaikan dan reka bentuk peralatan dalaman adalah perkara biasa di institusi penyelidikan, tetapi anda akan tertekan untuk mencari pereka peralatan atau pembuat kaca saintifik pada kerja saya hari ini. Brian Millier, jurutera instrumen di Dalhousie University, berkata, "30 tahun yang lalu saya melakukan kira-kira 95% daripada semua pembaikan yang diperlukan pada instrumen komersil kami." Hari ini, peralatan komersial lebih rumit, dan bahagian-bahagiannya adalah miniatur dan tidak mudah diperoleh digantikan. Alat ukur itu tidak dimaksudkan untuk dibaiki secara dalaman. Millier mendakwa, "Saya kini boleh melakukan kurang daripada 50% pembaikan yang diperlukan, walaupun saya mempunyai pengalaman lebih 30 tahun dalam bidang ini."

Dengan kurang bekerja pada peralatan komersial, Millier telah beralih untuk membuat peralatan sendiri untuk penyelidik universiti dan makmal pengajaran. Sebagai contoh, Millier telah membina sebuah fotometer $ 150 yang menggunakan LED RGB untuk sumber cahaya dan sensor cahaya RGB kos rendah untuk mengesan warna dalam penyelesaian eksperimen. Dalam makmal, salah satu daripada banyak penggunaan fotometer adalah pengesanan dan kuantifikasi protein yang ditandai dengan penanda pendarfluor (lihat Hadiah Nobel dalam Kimia 2008).

Walaupun spektrofotometer komersil, yang bernilai ribuan dolar, mempunyai keupayaan spektrum penuh, versi Millier mengukur penyerapan hanya pada tiga panjang gelombang yang berbeza, sepadan dengan hijau, merah, dan biru. Sesungguhnya ia adalah perkara biasa bagi peralatan DIY untuk mempunyai fungsi yang lebih ketat daripada rakan perdagangan mereka, tetapi untuk banyak ujian rutin, fungsi teras ini cukup. Untuk penandaan protein, kebanyakan peneliti memberi tumpuan kepada set jangka panjang hijau, merah, dan biru tag biasa.

Instrumen yang digunakan untuk menyalin DNA bermula pada sekitar $ 5,000 dan boleh menjadi jauh lebih mahal. Walaupun mesin PCR ini (lihat Hadiah Nobel dalam Kimia 1993) boleh melakukan satu lagi teknik mewah, fungsi utama mereka adalah untuk mengitar suhu sampel. Millier membina mesin PCR untuk penyelidik di universitinya menggunakan pengawal adat dan ketuhar pemanggang. Untuk DIY berteknologi rendah muktamad, kaedah asal menggerakkan sampel anda secara langsung antara tabung air terkawal suhu juga boleh memberi anda hasil yang sama.

Tidak semua penyelesaian peralatan DIY adalah teknologi rendah. Banyak alat komersil mewah yang dimulakan sebagai projek oleh saintis dan jurutera tunggal dan kemudian dikomersialkan. Ini kuasa memandu bangunan-sendiri-kekal hari ini. Sebagai contoh, penjejakan optik adalah instrumen yang canggih yang menggunakan cahaya laser untuk memindahkan zarah kecil, seperti protein, dalam ruang tiga dimensi dengan sangat tepat. Pada masa ini terdapat beberapa pilihan komersial, tetapi bukan sahaja mereka lebih mahal, mereka tidak diubah suai dengan mudah dan pada umumnya mempunyai prestasi eksperimen yang rendah. Oleh itu, majoriti penyelidik membina sendiri. Memang, jika anda mempunyai $ 100,000 untuk bahagian optik dan beberapa bulan masa lapang, anda boleh membina penyesuaian pendakap optik anda sendiri untuk memanipulasi mekanikal dengansub-nanometer (10-9 meter) dan resolusi 0.1 saat. Reka bentuk komersial akan mengejar dan mungkin akhirnya mengatasi reka bentuk DIY ini, seperti yang mereka lakukan untuk instrumen mewah lain seperti mikroskop elektron. Tetapi sekurang-kurangnya buat masa ini, DIY berkuasa.

Saya sering bertemu saintis yang telah merancang instrumen mereka sendiri, dari centrifuges pemukul telur untuk penjejakan optik berketepatan tinggi. Walau bagaimanapun, tidak seperti forum DIY yang lain, peralatan sains gred penyelidikan tidak mempunyai komuniti aktif untuk berkongsi inovasi. Jika kita serius mengenai sains terbuka, kita tidak perlu mengubah cara kita berkongsi hasil tetapi juga memudahkan akses kepada infrastruktur makmal dan input eksperimen. Kita perlu mula berkongsi reka bentuk peralatan kita. Bantu saya di teklalabs.org.

Kongsi

Meninggalkan Komen