Zen og kunsten af ​​mikroskop vedligeholdelse - 💡 Fix My Ideas

Zen og kunsten af ​​mikroskop vedligeholdelse

Zen og kunsten af ​​mikroskop vedligeholdelse


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Støv, som ses gennem Sanfilippos mikroskop. Mikroskop billeder med tillykke med Tom Sanfilippo.Andre billeder af Jon Christian.

Det sprawled på betonggulvet i Artisan's Asylum: et skum af beige kabinetter, der bristling med elektronik og køleudstyr, et vakuum billedkammer og en lavine af knapper, kontakter og indikatorlamper, der fremkaldte en smitsom sygdom. Scanningselektronmikroskopet var blevet forsømt i årevis og faldt i forfald så alvorligt, at ingen vidste helt, hvilke dele der blev brudt.

Tom Sanfilippo havde til hensigt at løse det. Ham selv.

Sanfilippos seneste dag job var som software ingeniør for Microsoft, men for nogle år siden begyndte han at tage undervisning på Harvard Extension School i nanofabrication og nano analyse. Han blev fascineret af, hvordan scanningselektronmikroskop bruger partikelstråler til at forstørre mikrokosmos af insekter, støv, mikroorganismer og andre utilgængelige små emner i eksplosive monokromatiske landskaber ved hundredvis af gange. Der er en "Zen til elektronmikroskopi", siger han. Sanfilippo sluttede sig til Harvards Center for Nanoscale Systems som ekstern bruger, så han kunne bruge deres billeddannelsesudstyr.

På Harvard mødte Sanfilippo Nicholas Antoniou, som på det tidspunkt var ansvarlig for at opretholde og træne brugere på centerets forestillingsudstyr. Antoniou bemærkede Sanfilippos usædvanlige interesse for udstyret, og i sidste år gjorde han ham et usædvanligt tilbud: Hvis Sanfilippo ville betale de flytende omkostninger for en forældet, ikke-fungerende LEO 982, som Harvard ikke længere ønskede, kunne han få det gratis. "De ønskede, at nogen skulle trække det ud herfra, dybest set", siger Sanfilippo.

Dette er ikke en normal situation, men det er heller ikke uhørt. Universiteter og hospitaler har nogle gange brug for at råde over stort udstyr, og det er mere fornuftigt at tilbyde det til hobbyfolk end at kassere det. Faktisk blev Sudo Room, et hackerspace i Oakland, Californien, tilbudt et scanningselektronmikroskop af sig selv, men havde ikke særlig brug for det. Og lige over bugten havde San Francis Noisebridge en, en TV Mini-SEM fra International Scientific Instruments, indtil de kasserede det. Scanning elektronmikroskop er store, uhåndterlige, og gør en stor indsats for at genoprette og køre.

Stadig er ethvert elektronmikroskop et højt specialiseret stykke laboratorieudstyr, og Sanfilippo er så gammel, at det løb DOS og sportede et 3,5-tommers, 1,44 MB * diskettedrev. Det tilbagelagt sandsynligvis for en halv million dollars nyt, og renoverede modeller sælger stadig for hundrede tusinde dollars eller mere. Og i tilbudets mest quixotiske twist syntes ingen at vide præcis, hvad der var galt med det - så Sanfilippo vidste ikke, om det havde brug for nogle få nye dele, eller om hvert hoveddelsystem var stegt, og der var ingen måde at finde ud af uden tager det hjem, åbner det og får sine hænder snavset. Endnu værre vidste han, at hvis han utilsigtet beskadigede en af ​​enhedens delikate og specialiserede komponenter, kunne den gøre den elegante maskine permanent ublandelig.

Et elektronmikroskops infrastrukturkrav alene er skræmmende. "Det er ikke noget du kan sætte i stuen," siger Antonious. LEO 982 bruger tre kilowatt strøm, forsynet med en 220V forsyning, og kræver kilder til trykluft, vand og nitrogen. Han undersøgte ressourcerne på Artisan's Asylum, en stor skaberplads i Somerville, Massachusetts, hvor han fungerede som bestyrelsesformand, og fandt at de kunne give meget af det, han havde brug for. Hvad der var mindre sikkert var, om han var personligt op til opgaven.

Til sidst besluttede han at gå efter det, hovedsagelig på grund af tilbudets enkle nyhed.

"Jeg troede, ingen ville nogensinde spørge mig det spørgsmål i mit liv, så jeg sagde ja," siger han.

Demontering og fejlfinding

For det første måtte Sanfilippo afbryde snoet af serielle, parallelle SCSI- og koaksialkabler, der forbandt mikroskopets kabinetter. Maskinen var placeret inde i et rent rum, så han var nødt til at bære en klumpagtig dragt, mens han tog den fra hinanden. Derefter var der en ren kompleksitet: Tusindvis af elektroniske forbindelser og vandledninger løber mellem computerens terminal, vakuumkammer og strømforsyning gennem fire korrugerede slanger mellem enhederne. Hvis han kun monterede en forkert på igen, kan det forhindre, at enheden tændes - eller beskadiger den permanent.

I alt siger Sanfilippo, at han tilbragte omkring tre dage inde i renrummet, fotograferede og mærker hvert kabel, før han afbrudte det. Derefter hyrede han Harvards interne flytningstjeneste for at transportere dem til håndværkerens asyl - en rejse med en hastighed på mindre end to miles.

Tilbage i Somerville undersøgte han mounden af ​​udstyrs- og servicemanualer, som blev trykt på tysk af LEO ejer Carl Zeiss AG.

"Når jeg fik det her, begyndte jeg at opdage problemer," siger han. "Og så var der flere problemer, jeg skabte, da jeg demonterede det."

For at starte var der et hul i kammeret, som skal være næsten totalt vakuum for at elektronpistolen kan fungere. På Harvard var det udstyret med et energidispergerende røntgenspektrometer for at udføre elemental analyse af prøver i forstørrelseskammeret, men inden Sanfilippo kom til mikroskopet, fjernede nogen enheden og efterlod et hul i vakuumkammeret om diameteren af en dåse af Pepsi. "Den stakkels maskine var blevet afhentet ganske lidt," siger han.

Han besluttede at bygge en plade for at dække hullet. Han tog præcise målinger, fræsede den ud på Artisan's Asylum CNC maskine og monterede den med en gummitætning. Det syntes at passe tæt, men for at teste det, ville han skulle reparere pumperne.

For at trække det ultravakuum, som elektronkanonen kræver, bruger LEO 982 tre pumper. Den første, et konventionelt vakuum, suger det meste af luften ud af kammeret. Derefter tæpper en turbomolekylær pumpe enkeltmolekyler med en rotor, og endelig belægger en titanium sublimeringspumpe det indre af kammeret med et lag af rent titanium, der reagerer med stragglers, når de rammer væggene og gør dem solide.

Sanfilippo brugte en USB-til-seriel konverter til at køre diagnostik på den turbomolekylære pumpe. Resultaterne var dystre; han overvejede at genopbygge den, men valgte i stedet en rimeligt prissat renoveret model.

Han genopbyggede og rengjorte den konventionelle pumpe. Der manglede et filter, der forårsager, at det lækker olie gennem linjerne og ind i den turbomolekylære pumpe, hvilket kan have forårsaget enhedens katastrofale skade. Han erstattede de snavsede slanger, installerede et nyt filter, og pumpen blev fyret op.

Men da han tændte de konventionelle og turbomolekylære pumper, tog kammeret ikke et vakuum. Den nye plade, han havde bygget, lækkede luft ind i kammeret. "Jeg gættede dybden af ​​kanalen, og jeg klippede for dybt," siger han.

Han overvejede hans muligheder. Han kunne gå tilbage til CNC-maskinen og mølle en ny plade, der justerer kanalerne for at opnå en bedre tætning. Eller han kunne købe en dåse af Vacseal og sprøjte den rundt om kanterne, indtil den ufuldkomne plade blev holdt. Han valgte den anden, og det fungerede. Efter påføring af et tykt lag af klæbemiddel trak kammeret et vakuum.

Sanfilippo åbnede næste køleren, som recirkulerer vand ved en moderat 68-72 ° F for at afkøle højspændingsforsyningen og elektromagneterne og fandt slangerne tilstoppet med organisk materiale. "Det var fyldt med alger," siger han. Han sprængte komprimeret luft gennem slangerne for at rense køleren, og derefter satte det om at tilslutte det til vandforsyningen.

Men Sanfilippo vidste, at der ville være begrænsninger for facilitetens infrastruktur. The Artisan's Asylum er et spredt 40.000 kvadratmeter skaberrum, der rummer robotter som Project Hexapod og Autonome Combat Robots Design Challenge, cykelbanden SCUL og cykelrammebyggeren Paul Carson; den har omfattende bearbejdning og svejsning udstyr, en uPrint SE Plus og en lasersaur 100W laser cutter. Men i første omgang havde rummet, hvor Sanfilippo havde oprettet mikroskopet, ikke engang vandforsyning. Så rydde han akrylharpiks ud af en tilstoppet vask i et nærliggende fællesområde ("Jeg blev en folkemusikhelt til fastgørelse af vasken," siger han) og snakede et par slanger mellem vasken og mikroskopets kølesystem.

På dette tidspunkt skulle køleren og computeren have tændt, men noget var forkert. Sanfilippo kontrollerede og kontrollerede tovkablerne af kabling mellem komponenterne, vendte gennem servicehåndbøgerne og konsulterede elektronikeksperter på asylområdet. Han opdagede til sidst, at han havde tilsluttet et kabel mellem ion-sublimationspumpens højspændingsforsyning og hovedkonsollen bagud, som havde blæst en håndfuld lyddæmpede sikringer. Han fandt passende erstatningssikringer liggende omkring håndværkerens asyl, en ven hjalp ham med at erstatte dem, og computeren blev tændt.

Med kølerens funktion kunne Sanfilippo aktivere ion sublimeringspumpen. Det tændes, og kammeret opnår et ultravakuum.

Computeren startede også med kun mindre hikke og startede til MS-DOS 5.22 ("for et hackerspace, kører DOS er fint," siger Sanfilippo). Han lod elektronkanonen stabilisere sig i et par timer, indstille blænde og kalibrere magnetfeltet, og med en følelse af overvældende lindring fandt han, at det gav et billede med det samme.

"Jeg vidste ikke, hvor langt jeg ville få," siger han. "Jeg kunne ikke tro det, da jeg fik disse billeder."

Ingen var mere overrasket end mikroskopets gamle plejere ved Center for Nanoscale Systems.

"Jeg formodede at han ville have brug for professionel hjælp, og jeg gav ham nogle kontakter," siger Antoniou. "Jeg har årtiers erfaring med disse instrumenter, og jeg ville nok have haft råd til en serviceingeniør."

Harald Hass, en repræsentant for Zeiss, som erhvervede LEO i 2004, var lige så utroligt. "Dette var helt sikkert en udfordring for denne person, og jeg tror, ​​at han ikke kunne gøre det uden nogen hjælp eller støtte fra en erfaren ingeniør," siger han.

Du bryder det

Det kunne have været slutningen af ​​Sanfilippos restaurering ("Jeg var lidt af at baske i succes med at få det til at køre," siger han), hvis han ikke havde forladt maskinen, mens han gik ud af byen for sin niece's high school-eksamen. Husk, hvordan køleren var tilsluttet en vask? I løbet af weekenden var han væk, nogen afbrudt slangen og forlod den frakoblet, så mikroskopet kørte uden afkølet vand. Sanfilippos bedste gæt er, at enheden ramte 72 grader og lukkede automatisk, men ikke før overophedningselektronik fik en slange til at briste inde i kabinettet.

Da han drev den igen, begyndte vandet at sprøjte ind i det elektriske gear og til at slå på gulvet.

Han slog det af, tog skabet fra hinanden og tørrede hver del med en hårtørrer. Realisere vasken var ikke en langsigtet løsning, han installerede en dedikeret vandledning til køleren. Der synes ikke at være nogen permanent skade på det elektroniske udstyr, men episoden har tilsyneladende deformeret spidsen af ​​elektronkanonen, som ikke længere gav et klart billede efter overophedningshændelsen. Sanfilippo fandt en stejl rabat på en erstatningselektronpistol, men der var ingen dokumentation for, hvordan man skulle erstatte den. Han tog billedkammeret fra hinanden forsigtigt og improviserede hvert trin, og til sin dybe lettelse var installationen vellykket.

En ukendt fremtid

På en typisk dag er det reparerede mikroskop dækket af et tykt lag af værktøjer, papirer, emballage og diverse elektronik. Hvad sker der nu, da det er restaureret? "Det er næste skridt: Hvad kan folk gøre med det?" Spørger Artisans Asylpræsident Derek Seabury. "Skal vi lave en strukturel analyse af nedbrudte komponenter for at se om de matcher computermodeller eller filamenter fra 3D-printere? Det bliver et fantastisk nyt værktøj i arsenalet. "

Sanfilippo planlægger at undervise i mindst en klasse på det - med denne uddannelse håber han, at andre ved håndværkernes asyl vil finde brug for det i deres egne projekter - og han har snakket med det nærliggende Aeronaut Brewery om at bruge det til at berige et kursus på ølproduktion. En nøglerende mulighed, som Sanfilippo indrømmer, er, at han kunne sælge den for at dække asylens udgifter. Det er meget svært at fortælle, hvad et mikroskop som dette ville hente, men andre kan lide det har været opført på mere end $ 100.000.

Til Sanfilippo er udbetalingen dog ikke det færdige produkt; Det var processen med omhyggeligt at forske og reparere hver nøglekomponent - og få indsigt i elektronmikroskopi, som normalt er forbeholdt producenter og professionelle teknikere - hvilket gjorde projektet til en værdi.

"Jeg vidste ikke, hvordan [et elektronmikroskop] arbejdede," siger han. "Jeg vidste kun ting teoretisk. Nu har jeg lyst til, at jeg virkelig kender denne enhed. "

*En tidligere version af denne historie refererede til et "1,44-tommers diskettedrev", hvilket er forkert.



Du Kan Være Interesseret

One Reason MIT får ikke Maker Porteføljer fra kvinder: Det er i kommentarerne

One Reason MIT får ikke Maker Porteføljer fra kvinder: Det er i kommentarerne


Watch Two Raspberry Pi Blast Off til ISS denne torsdag

Watch Two Raspberry Pi Blast Off til ISS denne torsdag


Rock Climb hjemme med en skrå Bouldering Wall

Rock Climb hjemme med en skrå Bouldering Wall


111 Far-Out Fallout Fan bygger til at byde dig velkommen til Wasteland

111 Far-Out Fallout Fan bygger til at byde dig velkommen til Wasteland






Seneste Indlæg