Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Unblenders, Dremelfuges e pinças ópticas

Fabbed Lab: O grupo de ciência DIY Tekla Labs, fundado pelo autor, cria instruções gratuitas sobre como fazer “equipamentos de laboratório padrão usando suprimentos disponíveis localmente”.

Dois dos projetos DIY mais úteis que eu conheço são um toca-discos modificado que não faz som e um liquidificador de cozinha que mistura seu conteúdo. Ambos são equipamentos científicos de pesquisa. Os cientistas, tanto amadores quanto profissionais, constroem equipamentos para realizar experimentos reais e importantes. Os instrumentos vão desde simples modificações de dispositivos de US $ 10 até instrumentos de precisão de US $ 100.000, construídos a partir do zero. O equipamento de bricolage é uma alternativa que pode economizar dinheiro e ser mais fácil de consertar do que as versões comerciais de caixa fechada do equipamento padrão. Mas, ao mesmo tempo, algumas das pesquisas de ponta feitas hoje só são possíveis através de novos instrumentos DIY.

  

  

(Esquerda para a direita) Este rotor de amostra usa um motor CC para fornecer mistura contínua de amostras de laboratório. Centrífuga feita a partir de um batedor de mão. Esse agitador magnético de US $ 30 faz o trabalho de sua contraparte comercial de US $ 250 a US $ 1.000.

Os m�odos padr� para identificar prote�as e ADN com corantes requerem um passo de descida de um dia para o outro num rotor de amostra. O cultivo de uma variedade de organismos unicelulares é feito com agitação semelhante. Em vez de comprar um rotativo comercial por US $ 500, qualquer procedimento pode ser concluído modificando-se um gramofone para girar os recipientes de amostra em vez dos LPs. Ao adicionar um adaptador para manter os tubos de teste, o liquidificador da sua cozinha pode se tornar uma centrífuga para separar amostras, como culturas de bactérias ou componentes do sangue.

A centrífuga é uma força de trabalho do laboratório de biologia da pesquisa, e há muitas opções de DIY para pesquisa. Um exemplo é uma pequena centrífuga que requer não mais do que 30 minutos de modificações simples em um batedor de mão. Não parece um instrumento de pesquisa? Pense de novo. Foi projetado por um dos químicos mais conhecidos do mundo, George Whitesides, em Harvard. Para usar equipamentos DIY simples - ou qualquer equipamento - com estudos de pesquisa controlados, o desempenho deve ser quantificado e documentado. O design do batedor de ovos de Whitesides foi publicado com cálculos matemáticos e testes de desempenho experimental.

Saindo da cozinha e entrando na garagem em busca de inspiração, obtemos um desempenho mais alto (rotação mais rápida) com o "Dremelfuge", da Cathal Garvey, um rotor de centrífuga impresso em 3D acoplado à popular ferramenta giratória de mão. Garvey usou a Dremelfuge anexada a uma broca padrão para isolamento em pequena escala de DNA plasmidial de bactérias, um passo importante em muitos estudos de genes e proteínas.

Para esterilizar ferramentas antes das experiências, os cientistas usam uma autoclave, um instrumento que é essencialmente uma panela de pressão grande e sofisticada. Para muitas aplicações, emprestar o último da sua cozinha funcionará da mesma forma, assumindo que você pode trabalhar com lotes menores e disposto a esperar mais um pouco (as panelas de pressão operam a uma pressão menor do que as autoclaves e por razões óbvias também não são projetadas com um ciclo de secagem embutido no final). Assim como para uma autoclave comercial, você pode testar se a panela de pressão fez seu trabalho adicionando fita de autoclave em qualquer coisa que você esteja esterilizando - se aparecerem listras pretas, a temperatura ficou alta o suficiente (tipicamente 121 ° C).

Manter as coisas estéreis e prevenir a contaminação é importante para experimentos biológicos. Por esta razão - e também porque ninguém quer mexer continuamente um líquido por horas a fio - um dispositivo de laboratório chamado agitador magnético é comumente usado para misturar e preparar líquidos. A plataforma do agitador depende de um campo magnético rotativo para girar contínua e uniformemente uma pequena barra magnética que é colocada dentro do recipiente de líquido. Uma versão comercial básica custa de US $ 250 a US $ 1.000, mas o pesquisador universitário Malcolm Watts construiu uma versão DIY por menos de US $ 30 que é tão elegante que meus colegas universitários nem percebem que é construída em casa (veja teklalabs.org para o design). Ao contrário de qualquer versão comercial que conheço, o agitador magnético da Watts é movido por uma bateria, para que eu possa movê-lo facilmente conforme necessário, e os pesquisadores podem usá-lo em locais remotos ou em países em desenvolvimento sem acesso à energia da parede.

Além da flexibilidade e acessibilidade do bricolage, os pesquisadores fazem sua própria instrumentação para poder fazer reparos internamente. De fato, não muito tempo atrás, o reparo e o projeto de instrumentação interna eram comuns em instituições de pesquisa, mas você terá dificuldade em encontrar um projetista de equipamentos ou um soprador de vidro científico no meu trabalho hoje. Brian Millier, engenheiro de instrumentação da Universidade de Dalhousie, diz: “Há 30 anos, realizei cerca de 95% de todos os reparos necessários em nossos instrumentos comerciais.” Hoje, o equipamento comercial é mais complexo e as peças são miniaturizadas e não são prontamente adquiridas ou substituído. A instrumentação simplesmente não deve ser reparada internamente. Millier afirma: "Agora posso executar menos de 50% dos reparos necessários, embora eu tenha mais de 30 anos de experiência neste campo".

Com menos trabalho em equipamentos comerciais, Millier passou a fazer seu próprio equipamento para pesquisadores universitários e laboratórios de ensino. Por exemplo, a Millier construiu um fotômetro de US $ 150 que usa um LED RGB para a fonte de luz e um sensor de luz RGB de baixo custo para detectar cores em soluções experimentais. No laboratório, um dos muitos usos de fotômetros é a detecção e quantificação de proteínas que foram marcadas com marcadores de fluorescência (ver Nobel em Química 2008).

Embora os espectrofotômetros comerciais, que custam milhares de dólares, tenham recursos completos de espectro, a versão de Millier mede a absorção apenas em três comprimentos de onda distintos, correspondendo a verde, vermelho e azul. Na verdade, é comum que os equipamentos de bricolage tenham uma funcionalidade mais restritiva do que suas contrapartes comerciais, mas, para muitos ensaios de rotina, essa funcionalidade principal é suficiente. Para a marcação de proteínas, a maioria dos pesquisadores se concentra no conjunto limitado de comprimentos de onda verdes, vermelhos e azuis das marcas comuns.

Os instrumentos usados ​​para copiar o DNA começam em cerca de US $ 5.000 e podem ficar significativamente mais caros. Embora essas máquinas de PCR (ver Prémio Nobel de Química 1993) possam fazer outros truques extravagantes, a sua função chave é fazer circular a temperatura da amostra. Millier construiu uma máquina de PCR para pesquisadores em sua universidade usando um controlador personalizado e uma torradeira. Para o bricolagem de baixa tecnologia, o método original de mover manualmente a sua amostra entre cubas de água com temperatura controlada também pode dar o mesmo resultado.

Nem todas as soluções de equipamentos DIY são de baixa tecnologia. Muitos instrumentos comerciais de ponta começaram como projetos de cientistas e engenheiros solteiros e depois foram comercializados.Esta força motriz de construção-você-mesmo permanece hoje. Por exemplo, pinças ópticas são instrumentos sofisticados que usam a luz do laser para mover com muita precisão pequenas partículas, como proteínas, dentro de um espaço tridimensional. Atualmente, existem poucas opções comerciais, mas elas não são apenas mais caras, não são facilmente modificadas e terão, em geral, desempenho experimental inferior. Então, a grande maioria dos pesquisadores constrói os seus próprios. De fato, se você tem US $ 100.000 para peças ópticas e alguns meses de tempo livre, você pode construir sua própria configuração de pinça óptica para manipular mecanicamente proteínas com resolução sub-nanométrica (10-9 metros) e 0,1 segundo. Os projetos comerciais vão se recuperar e talvez acabem superando esses projetos DIY, como fizeram com outros instrumentos de ponta, como os microscópios eletrônicos. Mas pelo menos por enquanto, a DIY reina suprema.

Encontro regularmente cientistas que projetaram seus próprios instrumentos, desde centrífugas de batedor de ovos a pinças ópticas de alta precisão. No entanto, ao contrário de muitos outros fóruns DIY, o equipamento científico de nível de pesquisa não tem uma comunidade ativa para compartilhar inovações. Se levamos a sério a ciência aberta, precisamos não apenas mudar a maneira como compartilhamos os resultados, mas também facilitar o acesso à infraestrutura laboratorial e aos insumos experimentais. Precisamos começar a compartilhar nossos projetos de equipamentos. Me ajude em teklalabs.org.

Ação

Deixar Um Comentário