Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Unblenders, Dremelfuges, a optické pinzety

Fabbed Lab: Vědecká skupina DIY Tekla Labs, založená autorem, vytváří bezplatný návod na výrobu „standardního laboratorního vybavení používajícího lokálně dostupné zásoby“.

Dva z nejužitečnějších projektů DIY, o kterých vím, jsou upravený gramofon, který nevytváří zvuk a kuchyňský mixér, který mísí jeho obsah. Oba jsou vědeckými přístroji pro výzkum. Vědci, amatérští i profesionální, staví zařízení, aby mohli provádět skutečné a důležité experimenty. Nástroje se pohybují od jednoduchých modifikací miniaplikací $ 10 až po 100 000 přesných přístrojů postavených od nuly. DIY zařízení je alternativou, která může ušetřit peníze a být snadněji opravitelná než komerční verze standardního vybavení. Ale zároveň, některé z nejmodernějších výzkumů provedených dnes je možné pouze prostřednictvím nových nástrojů DIY.

  

  

(Zleva doprava) Tento rotátor vzorku používá stejnosměrný motor pro kontinuální míchání laboratorních vzorků. Odstředivka vyrobená z ručního vaječného stolku. Tento $ 30 DIY magnetické míchadlo dělá práci jeho $ 250 - $ 1,000 komerční protějšek.

Standardní metody identifikace proteinů a DNA barvivy vyžadují krok odbarvení přes noc na rotátoru vzorku. Pěstování různých jednobuněčných organismů se provádí za stejného míchání. Spíše než nákup komerčního rotátoru za 500 dolarů, může být buď pro-cedure dokončeno úpravou gramofonu, aby se vzorky spřádali spíše než LP. Přidáním adaptéru pro držení zkumavek se váš kuchyňský mixér může stát odstředivkou pro separaci vzorků, jako jsou bakteriální kultury nebo krevní složky.

Odstředivka je pracovníkem výzkumné biologické laboratoře a existuje mnoho výzkumných možností. Jedním z příkladů je malá odstředivka, která nevyžaduje více než 30 minut jednoduchých úprav kapesního vaječného šlehače. Nezní to jako výzkumný nástroj? Zamyslete se znovu. Byl navržen jedním z nejznámějších světových chemiků, George Whitesides, na Harvardu. Aby bylo možné používat toto jednoduché zařízení pro DIY - nebo jakékoli zařízení - s řízenými výzkumnými studiemi, musí být výkon kvantifikován a zdokumentován. Návrh wheatidského vaječného šlehače byl publikován s matematickými výpočty a experimentálními výkonovými testy.

Vyjdeme-li z kuchyně a do garáže pro inspiraci, dostaneme vyšší výkon (rychlejší točení) s „Dremelfuge“ od společnosti Cathal Garvey, která je 3D tiskem odstředivky připojené k populárnímu ručnímu rotačnímu nástroji. Garvey použil Dremelfuge připojený ke standardnímu vrtáku pro malou izolaci plazmidové DNA z bakterií, což je důležitý krok v mnoha studiích genů a proteinů.

K sterilizaci nástrojů před experimenty používají vědci autokláv, nástroj, který je v podstatě velký a sofistikovaný tlakový hrnec. Pro mnoho aplikací bude výpůjčka z vaší kuchyně fungovat stejně dobře, za předpokladu, že můžete pracovat s menšími dávkami a jste ochotni čekat o něco déle (tlakové hrnce pracují při nižším tlaku než v autoklávech a ze zřejmých důvodů také nejsou určeny pro použití s ​​jinými zařízeními). zabudovaný cyklus sušení na konci). Stejně jako u komerčního autoklávu můžete testovat, zda tlakový hrnec vykonal svou práci přidáním pásek pro autoklávy na cokoliv, co sterilizujete - pokud se objeví černé pruhy, teplota je dostatečně vysoká (obvykle 121 ° C).

Pro biologické pokusy je důležité udržovat sterilitu a předcházet kontaminaci. Z tohoto důvodu - a také proto, že nikdo nechce nepřetržitě míchat kapalinu několik hodin na konci - se pro míchání a přípravu kapalin běžně používá laboratorní zařízení nazývané magnetické míchadlo. Platforma míchadla se spoléhá na rotující magnetické pole, aby plynule a rovnoměrně rotovala malou magnetickou tyčí, která je vložena do nádoby na kapalinu. Základní komerční verze stojí $ 250 - $ 1,000, ale univerzitní výzkumník Malcolm Watts postavil DIY verzi pro studnu pod 30 dolarů, která je tak elegantní, že moji kolegové z univerzit si ani neuvědomují, že je to doma postavený (viz design pro projekt teklalabs.org). Na rozdíl od jakékoli komerční verze, o které vím, magnetické míchadlo Watts vybíhá z baterie, takže ho mohu snadno přemístit po laboratoři podle potřeby a výzkumníci jej mohou používat v odlehlých polích nebo v rozvojových zemích bez přístupu ke zdi.

Kromě flexibility a cenové dostupnosti DIY, výzkumníci dělají vlastní přístrojové vybavení být schopný dělat opravy v-vlastnit. Opravdu, není to tak dávno, co bylo ve výzkumných institucích běžné oprava a design přístrojového vybavení, ale v mé práci budete dnes tvrdě hledat návrháře zařízení nebo vědeckého skláře. Brian Millier, inženýr inženýrství na Dalhousie University, říká: „Před třiceti lety jsem provedl asi 95% všech potřebných oprav našich komerčních nástrojů.“ Dnes je komerční zařízení složitější a díly jsou miniaturizovány a nejsou snadno dostupné nebo nahrazen. Přístrojové vybavení není jednoduše opraveno v domě. Millier prohlašuje: „Nyní mohu provádět méně než 50% požadovaných oprav, i když v této oblasti mám 30-leté zkušenosti.“ T

S menší prací na komerčních zařízeních se Millier obrátil k vytváření vlastního vybavení pro univerzitní výzkumné pracovníky a vyučovací laboratoře. Například Millier vybudoval fotometr 150 USD, který používá světelný zdroj RGB LED a cenově výhodný senzor RGB pro detekci barev v experimentálních řešeních. V laboratoři je jedním z mnoha využití fotometrů detekce a kvantifikace proteinů, které byly označeny fluorescenčními značkami (viz Nobelova cena za chemii 2008).

Zatímco komerční spektrofotometry, které stojí tisíce dolarů, mají plné spektrum schopností, Millierova verze měří absorpci pouze ve třech různých vlnových délkách, což odpovídá zelené, červené a modré. Ve skutečnosti je běžné, že zařízení DIY má více omezující funkčnost než jejich komerční protějšky, ale pro mnoho rutinních testů je tato základní funkce dostatečná. Pro značkování proteinů se většina výzkumníků zaměřuje na omezený soubor zelených, červených a modrých vlnových délek běžných značek.

Nástroje používané pro kopírování DNA začínají kolem 5 000 USD a mohou být výrazně dražší. Zatímco tyto PCR stroje (viz Nobelova cena za chemii 1993) mohou dělat jiné fantastické triky, jejich klíčovou funkcí je cyklovat teplotu vzorku. Millier vybudoval PCR stroj pro výzkumné pracovníky na své univerzitě pomocí vlastního regulátoru a toustovač. Pro konečný low-tech DIY, originální způsob manuálního přesunu vzorku mezi vany s vodou řízenou teplotou může také poskytnout stejný výsledek.

Ne všechna řešení DIY zařízení jsou low-tech. Mnoho špičkových komerčních nástrojů začalo jako projekty jednotlivých vědců a inženýrů a bylo později komercializováno.Tato hnací síla budování sebe sama zůstává dodnes. Například, optické pinzety jsou sofistikované nástroje, které používají laserové světlo k velmi přesnému pohybu malých částic, jako jsou proteiny, v trojrozměrném prostoru. V současné době existuje několik komerčních možností, ale nejenže jsou dražší, nejsou snadno modifikovatelné a obecně mají nižší experimentální výkon. Drtivá většina výzkumníků si tak buduje vlastní. Pokud máte pro optické části a několik měsíců volného času 100 000 dolarů, můžete si vytvořit vlastní optickou pinzetu pro mechanickou manipulaci s proteiny s nanometry (10-9 metry) a rozlišením 0,1 sekundy. Komerční designy dohoní a možná nakonec předčí tyto DIY designy, jak dělali pro jiné high-end nástroje takový jak elektronové mikroskopy. Ale přinejmenším prozatím vládne DIY.

Pravidelně se setkávám s vědci, kteří navrhli vlastní nástroje, od odstředivek na vaječné stolky až po vysoce přesné optické pinzety. Nicméně, na rozdíl od mnoha jiných fór DIY, vědecko-výzkumné zařízení pro výzkum nemá aktivní společenství pro sdílení inovací. Pokud máme otevřenou vědu vážně, musíme nejen změnit způsob, jakým sdílíme výsledky, ale také usnadnit přístup k laboratorní infrastruktuře a experimentálním vstupům. Musíme začít sdílet naše návrhy zařízení. Pomoz mi v teklalabs.org.

Podíl

Zanechat Komentář