Unblenders, Dremelfuges og Optical Pincetter - 💡 Fix My Ideas

Unblenders, Dremelfuges og Optical Pincetter

Unblenders, Dremelfuges og Optical Pincetter


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Fabbed Lab: DIY-videnskabsgruppen Tekla Labs, der er oprettet af forfatteren, skaber gratis instruktioner om at lave "standard laboratorieudstyr ved hjælp af lokalt tilgængelige forsyninger."

To af de mest nyttige DIY projekter, jeg kender til, er en modificeret record player, der ikke laver en lyd og en køkkenblender, der blander indholdet. Begge er videnskabelige udstyr i forskningskvalitet. Forskere, både amatør og professionelle, bygger udstyr til at gøre virkelige og vigtige eksperimenter. Instrumenterne spænder fra enkle modifikationer af $ 10 gadgets til $ 100.000 præcisionsinstrumenter bygget fra bunden. DIY udstyr er et alternativ, der kan spare penge og være lettere at reparere end lukkede kommercielle versioner af standardudstyr. Men samtidig er nogle af de mest avancerede undersøgelser, der udføres i dag, kun mulige gennem nye DIY instrumenter.

  

  

(Venstre til højre) Denne prøve rotator bruger en DC motor til at give kontinuerlig blanding af laboratorieprøver. Centrifuge fremstillet af en håndholdt æggeblommer. Denne $ 30 DIY magnetiske omrører gør jobbet med sin $ 250 - $ 1.000 kommercielle modstykke.

Standardmetoder til identifikation af proteiner og DNA med farvestoffer kræver et natten over destillationstrin på en prøverotator. At dyrke en række enkeltcellede organismer gøres med lignende omrøring. I stedet for at købe en kommerciel rotator til $ 500, kan enten pro cedure fuldføres ved at ændre en grammofon til at dreje prøvebeholdere i stedet for LP'er. Ved at tilføje en adapter til at holde testrør, kan din køkkenblender blive en centrifuge til at adskille prøver som bakteriekulturer eller blodkomponenter.

Centrifugen er en arbejdshest i forskningsbiologilaboratoriet, og der er mange forskningsmæssige DIY-muligheder. Et eksempel er en lille centrifuge, der ikke kræver mere end 30 minutters enkle modifikationer af en håndholdt æggeblommer. Lyder ikke som et instrument med forskningskvalitet? Tænk igen. Det blev designet af en af ​​verdens mest kendte kemikere, George Whitesides, ved Harvard. For at kunne bruge så enkelt DIY-udstyr - eller andet udstyr - med kontrollerede forskningsundersøgelser skal præstationen kvantificeres og dokumenteres. Whitesides 'æggebladsdesign er blevet offentliggjort med både matematiske beregninger og eksperimentelle præstationsprøver.

Når vi går ud af køkkenet og ind i garagen for inspiration, får vi højere præstation (hurtigere spinning) med Cathal Garvey's "Dremelfuge", en 3D-trykt centrifugerotor, der er fastgjort til det populære håndholdte roterende værktøj. Garvey har brugt Dremelfuge knyttet til en standardboremaskine til isolering af plasmid DNA fra bakterier, et vigtigt skridt i mange studier af gener og proteiner.

For at sterilisere værktøjer før eksperimenter bruger forskere en autoklave, et instrument, der i det væsentlige er en stor og sofistikeret trykkomfur. For mange anvendelser vil lånoptagelse af sidstnævnte fra dit køkken fungere lige så godt, forudsat at du kan arbejde med mindre partier og er villige til at vente lidt længere (trykkomfurerne arbejder ved et lavere tryk end autoklaver og af indlysende grunde er de heller ikke designet med en indbygget tørringscyklus i slutningen). Ligesom for en kommerciel autoklave kan du teste, at trykkeriet gjorde sit arbejde ved at tilføje autoklaverbånd på, hvad du steriliserer - hvis der forekommer sorte striber, er temperaturen høj nok (typisk 121 ° C).

At holde tingene sterile og forhindre forurening er vigtigt for biologiske forsøg. Af denne grund - og også fordi ingen vil kontinuerligt røre en væske i timer i slutningen - bruges en laboratorieapparat kaldet magnetisk omrører almindeligvis til at blande og forberede væsker. Omrørerplatformen er afhængig af et roterende magnetfelt for kontinuerligt og jævnt at spinde en lille magnetisk stang, der sættes inde i væskebeholderen. En grundlæggende kommerciel version koster $ 250- $ 1.000, men universitetsforsker Malcolm Watts har bygget en DIY-version for godt under $ 30, som er så elegant, mine universitetsmedarbejdere forstår ikke engang, at det er hjemmebyggede (se teklalabs.org for designet). I modsætning til enhver kommerciel version, som jeg ved, går Watts magnetiske omrører ud af et batteri, så jeg kan let flytte den rundt i laboratoriet efter behov, og forskere kan bruge det i fjerntliggende felter eller udviklingslande uden adgang til vægkraft.

Udover fleksibilitet og overkommelige egenskaber gør forskere deres egen instrumentering til at kunne foretage reparationer internt. Faktisk for ikke så længe siden var reparation og design i hjemmet almindeligt hos forskningsinstitutioner, men du vil blive svært presset til at finde en udstyrsdesigner eller videnskabelig glasblæser på mit arbejde i dag. Brian Millier, en instrumenteringsingeniør ved Dalhousie University, siger: "For 30 år siden udførte jeg ca. 95% af alle de reparationer, der var nødvendige for vores kommercielle instrumenter." I dag er kommercielt udstyr mere komplekst, og dele er miniaturiserede og ikke let hentede eller erstattet. Instrumenteringen er simpelthen ikke beregnet til at blive repareret internt. Millier hævder, "Jeg kan nu udføre mindre end 50% af de nødvendige reparationer, selv om jeg har 30 plus års erfaring på dette område."

Med mindre arbejde på kommercielt udstyr har Millier vendt sig til at lave eget udstyr til universitetsforskere og undervisningslaboratorier. For eksempel har Millier bygget et $ 150 fotometer, der bruger en RGB LED til lyskilden og en billig RGB-lysføler til at registrere farver i eksperimentelle løsninger. I laboratoriet er en af ​​de mange anvendelser af fotometre detektion og kvantificering af proteiner, der er mærket med fluorescensmarkører (se Nobelprisen i Kemi 2008).

Mens kommercielle spektrofotometre, der koster tusindvis af dollars, har fuld spektrumkapacitet, måler Milliers version kun absorption ved tre forskellige bølgelængder svarende til grøn, rød og blå. Faktisk er det almindeligt for DIY-udstyr at have mere restriktiv funktionalitet end deres kommercielle modparter, men for mange rutinemæssige analyser er denne kernefunktionalitet tilstrækkelig. Til proteinmærkning fokuserer de fleste forskere på det begrænsede sæt grønne, røde og blå bølgelængder af fælles mærker.

Instrumenter bruges til at kopiere DNA starter på omkring $ 5.000 og kan blive betydeligt dyrere. Mens disse PCR-maskiner (se Nobelprisen i Kemi 1993) kan gøre andre flotte tricks, er deres nøglefunktion at cykle prøveets temperatur. Millier bygget en PCR-maskine til forskere ved hans universitet ved hjælp af en brugerdefineret controller og en brødristerovn. For den ultimative low-tech DIY kan den oprindelige metode til manuelt at flytte din prøve mellem badekar med temperaturstyret vand også give dig det samme resultat.

Ikke alle DIY udstyrsløsninger er lavteknologiske. Mange high-end kommercielle instrumenter startede som projekter af enkeltforskere og ingeniører og blev senere kommercialiseret.Denne drivkraft for bygning-det-selv er i dag. Eksempelvis er optiske pincetter sofistikerede instrumenter, der bruger laserlys til meget præcist at bevæge små partikler, såsom proteiner, inden for et tredimensionelt rum. Der er i øjeblikket en håndfuld kommercielle muligheder, men ikke kun er de dyrere, de er ikke let modificerede og vil generelt have ringere eksperimentelle præstationer. Så de fleste forskere bygger deres egne. Hvis du har $ 100.000 til optiske dele og et par måneders fritid, kan du faktisk opbygge din egen optiske pincettopsætning for at mekanisk manipulere proteiner withsub-nanometer (10-9 meter) og 0,1 sekunders opløsning. Kommercielle designs vil indhente og måske overhovedet overgå disse DIY designs, som de gjorde for andre avancerede instrumenter som elektronmikroskop. Men i det mindste for nu hersker DIY øverst.

Jeg mødes regelmæssigt forskere, der har designet deres egne instrumenter, fra æggebladscentrifuger til optiske pincetter med høj præcision. I modsætning til de mange andre DIY fora har forskningsmæssigt videnskabeligt udstyr imidlertid ikke et aktivt fællesskab for at dele innovationer. Hvis vi er seriøse om åben videnskab, skal vi ikke bare ændre, hvordan vi deler resultater, men også lette adgangen til laboratorieinfrastruktur og eksperimentelle input. Vi skal begynde at dele vores udstyrsdesign. Hjælp mig på teklalabs.org.



Du Kan Være Interesseret

MarkForged giver dig 3D-print med carbon fiber og Kevlar på et budget

MarkForged giver dig 3D-print med carbon fiber og Kevlar på et budget


The New Adventure of Escape Rooms

The New Adventure of Escape Rooms


Tilføj fantastiske teksturer til dine træprojekter

Tilføj fantastiske teksturer til dine træprojekter


Hvad er der i din Maker Faire Survival Kit?

Hvad er der i din Maker Faire Survival Kit?






Seneste Indlæg