Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Zen a umění údržby mikroskopu

Prach, jak je vidět na mikroskopu Sanfilippo. Obrázky mikroskopu s laskavým svolením Tom Sanfilippo.Další fotografie od Jon Christian.

Rozprestřel se na betonové podlaze Artisanova Asylu: spleť béžových skříní, jež se chvěla elektronikou a chladícím zařízením, vakuovou zobrazovací komorou a lavinou knoflíků, přepínačů a indikačních světel, které vyvolaly thriller infekčního onemocnění. Snímací elektronový mikroskop byl po léta zanedbáván, takže se rozpadl tak vážně, že nikdo nevěděl, které části byly zlomeny.

Tom Sanfilippo to chtěl opravit. Sám.

Poslední den práce společnosti Sanfilippo byl softwarovým inženýrem společnosti Microsoft, ale před několika lety začal vyučovat na Harvardské škole pro rozšíření v nanoobrábění a nano analýzách. Zajímalo ho, jak skenovací elektronové mikroskopy používají svazky částic ke zvětšení statisíckrát mikrokosmos hmyzu, prachu, mikroorganismů a dalších nepřístupných drobných předmětů do zářivých monochromatických krajin. Je zde „Zen-elektronová mikroskopie,“ říká. Sanfilippo se připojil k Harvardovu Centru pro nanoscale systémy jako externí uživatel, aby mohl používat jejich zobrazovací zařízení.

Na Harvardu se Sanfilippo setkal s Nicholasem Antoniou, který byl v té době zodpovědný za udržování a školení uživatelů ve středisku. Antoniou si všiml neobvyklé úrovně zájmu společnosti Sanfilippo o vybavení a loni mu udělal neobvyklou nabídku: Kdyby Sanfilippo zaplatil náklady na stěhování zastaralého nefunkčního LEO 982, který Harvard už nechtěl, mohl by ho mít zdarma. „Chtěli, aby ho někdo v podstatě odtáhl,“ říká Sanfilippo.

To není normální situace, i když to není ani neslýchané. Univerzity a nemocnice někdy potřebují disponovat velkým vybavením a dává větší smysl nabídnout ho fandům, než je vyhodit. Ve skutečnosti, Sudo místnost, hackerspace v Oaklandu, Kalifornie, byl nabídnut skenovací elektronový mikroskop jeho vlastní, ale měl žádné zvláštní použití pro to. A právě přes záliv měl Noisebridge v San Franciscu jednu, TV Mini-SEM od International Scientific Instruments, dokud ji nevyhodili. Skenovací elektronové mikroskopy jsou velké, nemotorné a vynakládají velké úsilí na obnovu a provoz.

Jakýkoliv elektronový mikroskop je však vysoce specializovaným laboratorním vybavením a Sanfilippo byl tak starý, že běžel DOS a sportoval disketovou jednotku o velikosti 3,5 palce, 1,44 MB. Pravděpodobně prodával za půl milionu dolarů nové a renovované modely stále prodávají za sto tisíc dolarů nebo více. A v té nejkrásnější nabídce se zdálo, že nikdo přesně neví, co je na tom špatně - takže Sanfilippo nevěděl, zda potřebuje pár nových dílů nebo zda je každý hlavní subsystém smažený a že se žádný způsob, jak to zjistit, neobjevil. vzal si ho domů, otevřel ho a jeho ruce byly špinavé. A co je ještě horší, věděl, že kdyby neúmyslně poškodil některou z jemných a specializovaných součástí jednotky, mohl by tento elegantní stroj trvale odstranit.

Požadavky na infrastrukturu elektronového mikroskopu samotné jsou zastrašující. „Není to něco, co můžete dát do obývacího pokoje,“ říká Antonious. LEO 982 používá tři kilowatty výkonu, dodávané 220V zdrojem, a vyžaduje zdroje stlačeného vzduchu, vody a dusíku. Vyšetřoval zdroje v Artisanově Asylu, velkém makerspace v Somerville, Massachusetts, kde zastával funkci předsedy představenstva, a zjistil, že může poskytnout mnoho z toho, co potřebuje. Bylo méně jisté, zda byl na úkol osobně.

Nakonec se rozhodl jít na to, z velké části díky jednoduché novince nabídky.

„Myslela jsem si, že se mě nikdo v mém životě znovu nebude ptát, takže jsem řekl ano,“ říká.

Demontáž a odstraňování závad

Zaprvé, Sanfilippo musel odpojit spleť sériových, paralelních, SCSI a koaxiálních kabelů, které spojovaly skříně mikroskopu. Stroj se nacházel uvnitř čisté místnosti, takže potřeboval nosit objemný oblek, když ho rozebral. Pak tu byla naprostá složitost věci: Mezi počítačovým terminálem, vakuovou komorou a napájením přes čtyři vlnité hadice mezi jednotkami probíhají desítky elektronických spojení a vodovodů. Pokud se znovu připojí jen jeden nesprávně, mohlo by to zabránit zapnutí přístroje nebo jeho trvalému poškození.

Celkem, Sanfilippo říká, že strávil asi tři dny uvnitř čisté místnosti, fotografování a označování každého kabelu, než ho odpojil. Pak najal Harvardovu interní stěhovací službu, aby je dopravil na Artisanův azyl - cestu, náhodou, méně než dvě míle.

Zpátky v Somerville, on zkoumal hromadu vybavení a servisní manuály, který byl tištěný v němčině vlastníkem LEO Carl Zeiss AG.

„Jakmile jsem to sem dostal, začal jsem objevovat problémy,“ říká. "A pak se objevily další problémy, které jsem vytvořil, když jsem je rozebral."

Pro začátek byla v komoře otevřená díra, která musí být téměř celkovým podtlakem pro elektronovou pistoli. Na Harvardu byl vybaven rentgenovým spektrometrem, který rozptyluje energii, aby provedl elementární analýzu vzorků v zvětšovací komoře, ale předtím, než se Sanfilippo dostal do mikroskopu, někdo odstranil zařízení a ponechal otvor ve vakuové komoře kolem průměru. plechovky Pepsi. "Ten chudý stroj byl vyzvednut docela dost," říká.

Rozhodl se postavit desku, aby zakryl díru. Přesně měřil, mlátil to na stroji Artisan Asylum CNC a vybavil ho gumovým těsněním. Zdálo se, že se hodí pohodlně, ale aby to otestoval, musel by opravit čerpadla.

Pro vytažení ultra vakuu, který vyžaduje elektronová pistole, LEO 982 používá tři čerpadla. První, konvenční podtlak, nasává většinu vzduchu z komory. Pak turbomolekulární čerpadlo vyhodí jednotlivé molekuly pomocí rotoru a nakonec titanové sublimační čerpadlo pokryje vnitřek komory vrstvou čistého titanu, který reaguje s napěťovými přepážkami, když narazí na stěny, čímž je stávají pevnými.

Sanfilippo použil převodník USB-to-serial ke spuštění diagnostiky na turbomolekulárním čerpadle. Výsledky byly ponuré; on zvažoval přestavět to, ale se rozhodl pro rozumně ceněný renovovaný model místo toho.

Přestavěl a vyčistil konvenční čerpadlo. Chyběl filtr, který způsobil únik oleje přes potrubí a do turbomolekulární pumpy, což mohlo způsobit katastrofické poškození zařízení. Nahradil znečištěné hadice, namontoval nový filtr a čerpadlo vystřelilo.

Když však zapnul konvenční a turbomolekulární čerpadla, komora nevytáhla vakuum. Nová deska, kterou postavil, prosakovala vzduch do komory. „Hádal jsem hloubku kanálu, a já jsem příliš hluboký,“ říká.

Uvažoval o svých možnostech. Mohl by se vrátit na CNC stroj a vyfrézovat novou desku, která by upravila kanály, aby se dosáhlo lepšího utěsnění. Nebo si mohl koupit plechovku Vacseal a postříkat ji kolem okrajů, dokud nedojde k nedokonalé desce. Rozhodl se pro druhou a fungovalo to. Po nanesení tlusté vrstvy lepidla vytáhla komora vakuum.

Sanfilippo otevřel chladič, který recirkuluje vodu při mírném 68–72 ° F, aby ochlazoval přívod vysokého napětí a elektromagnety, a zjistil, že hadice jsou ucpané organickým materiálem. „Naplnil se řasami,“ říká. Strčil stlačený vzduch hadicemi, aby vyčistil chladicí jednotku, a pak se napojil na přívod vody.

Sanfilippo ale věděl, že infrastruktura zařízení bude omezena. Artisanův Asylum je rozlehlý makerspace o rozloze 40 000 čtverečních stop, ve kterém jsou umístěny roboty jako Project Hexapod a Autonomní bojový robot Robot Design Challenge, cyklistický gang SCUL a výrobce rámů kol Paul Carson; má komplexní obráběcí a svařovací zařízení, uPrint SE Plus a laserovou řezačku Lasersaur 100W. Ale zpočátku prostor, ve kterém Sanfilippo nastavil mikroskop, neměl ani vodu. Vyčistil akrylovou pryskyřici z ucpané umyvadlo v blízkém společném prostoru („Stal jsem se tak trochu lidovým hrdinou pro upevnění umyvadla,“ říká) a mezi hadrem a chladicím systémem mikroskopu se hadr ošoupal.

V tomto okamžiku by měl být chladič a počítač zapnuty, ale něco nebylo v pořádku. Sanfilippo zkontroloval a zkontroloval lana kabeláže mezi komponenty, prolistoval servisní příručky a konzultoval s odborníky na elektroniku v Asylum. Nakonec zjistil, že znovu připojil kabel mezi vysokonapěťovým napětím iontové sublimační pumpy a hlavní konzolou dozadu, která vypálila několik pájených pojistek. Kolem Artisanova azyl našel vhodné náhradní pojistky, kamarád mu pomohl nahradit je a počítač zapnul.

S funkcí chladiče mohl Sanfilippo aktivovat čerpadlo pro sublimaci iontů. Zapnul se a komora dosáhla ultra vakuu.

Počítač se také rozběhl, jen s menšími škytavkami a zaveden do MS-DOS 5.22 („pro hackerspace, běžící DOS je v pořádku,“ říká Sanfilippo). Nechal elektronovou pistoli několik hodin stabilizovat, nastavil clonu a kalibroval magnetické pole a s pocitem ohromující úlevy zjistil, že obraz okamžitě poskytuje.

„Nevěděl jsem, jak daleko se dostanu,“ říká. "Nemohl jsem tomu uvěřit, když jsem dostal ty obrazy."

Nikdo nebyl překvapen více než staří správci mikroskopu v Centru pro systémy Nanoscale.

„Předpokládal jsem, že bude potřebovat nějakou odbornou pomoc, a dal jsem mu nějaké kontakty,“ říká Antoniou. „S těmito nástroji mám desetiletí zkušeností a pravděpodobně bych se alespoň poradil se servisním technikem.“

Harald Hass, zástupce společnosti Zeiss, který získal LEO v roce 2004, byl podobně nevěřícný. „To byla určitě výzva pro tuto osobu a myslím, že to nemohl udělat bez jakékoli pomoci či podpory zkušeného inženýra,“ říká.

Rozbiješ to…

To mohlo být konec Sanfilippo restaurování ("Byl jsem tak trochu vyhřívaný v úspěchu, jak dostat to běží," říká), kdyby neměl opustil stroj, zatímco on šel z města pro jeho maturitu střední školy maturitě. Vzpomínáš, jak byl chladič zavěšen na dřez? Přes víkend byl pryč, někdo odpojil hadici a nechal ji odpojenou, takže mikroskop běžel bez chlazené vody. Nejlepším odhadem společnosti Sanfilippo je, že jednotka zasáhla 72 stupňů a automaticky se vypnula, ale ne dříve, než přehřátá elektronika způsobila, že hadice uvnitř skříně praskla.

Když ji znovu zapnul, k jeho hrůze, voda začala stříkat do elektrického zařízení a sdružovat se na podlaze.

Vypnul ji, odložil skříňku a vysušil každou část vysoušečem vlasů. Uvědomit si, že jímka nebyla dlouhodobým řešením, instaloval do chladiče vyhrazené vodovodní potrubí. Nezdálo se, že by došlo k trvalému poškození elektronického zařízení, ale epizoda zřejmě deformovala špičku elektronové pistole, která již po přehřátí nepřinesla jasný obraz. Sanfilippo našel strmou slevu na náhradní elektronovou pistoli, ale neexistovala žádná dokumentace o jejím nahrazení. Opatrně odvedl zobrazovací komoru, improvizoval každý krok a na jeho hlubokou úlevu byla instalace úspěšná.

Neznámá budoucnost

V typický den je opravený mikroskop zakryt tlustou vrstvou nástrojů, papírů, obalů a různé elektroniky. Co se stane, když se obnoví? „To je další krok: Co s tím mohou lidé dělat?“ Ptá se Artisanův prezident azylu Derek Seabury. „Budeme provádět strukturální analýzu rozčleněných komponentů, abychom zjistili, zda se shodují s počítačovými modely nebo vlákny z 3D tiskáren? Bude to skvělý nový nástroj v arzenálu. “

Sanfilippo plánuje na něm naučit alespoň jednu třídu - s tímto tréninkem doufá, že ostatní na Artisanově Azylu pro něj najdou využití ve svých vlastních projektech - a on mluví s nedalekým pivovarem Aeronaut o jeho využití k obohacení kurzu výroba piva. Sanfilippo připouští, že je to možnost, že by ho mohl prodat, aby pomohl pokrýt náklady na azyl. Je velmi těžké říct, co by takový mikroskop přinesl, ale jiní, jako je ten, byl uveden na více než 100 000 USD.

Pro Sanfilippo však výplata není hotový produkt; byl to proces pečlivého zkoumání a opravy každé klíčové složky - a získání vhledu do elektronové mikroskopie obvykle vyhrazené výrobcům a profesionálním technikům - což projekt učinilo užitečným.

„Nevěděl jsem, jak funguje elektronový mikroskop,“ říká. „Věděl jsem věci teoreticky. Teď mám pocit, že tohle zařízení opravdu vím. “

*Předchozí verze tohoto příběhu odkazovala na disketovou jednotku „1,44 palce“, která je nesprávná.

Podíl

Zanechat Komentář