Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Unblenders, Dremelfuges, et pincettes optiques

Fabbed Lab: Le groupe scientifique spécialisé dans le bricolage Tekla Labs, fondé par l'auteur, crée des instructions gratuites sur la fabrication d'un «équipement de laboratoire standard en utilisant des fournitures disponibles localement».

Deux des projets de bricolage les plus utiles que je connaisse sont un tourne-disque modifié qui ne produit pas de son et un mixeur de cuisine qui démixe son contenu. Les deux sont du matériel scientifique de recherche. Les scientifiques, amateurs et professionnels, construisent des équipements pour réaliser des expériences réelles et importantes. Les instruments proposés vont de simples modifications de 10 $ gadgets à 100 000 $ d'instruments de précision fabriqués à partir de rien. L'équipement de bricolage est une alternative qui peut économiser de l'argent et être plus facile à réparer que les versions commerciales en boîtier fermé de l'équipement standard. Parallèlement, certaines des recherches les plus pointues menées à ce jour ne sont possibles que grâce à de nouveaux instruments de bricolage.

  

  

(De gauche à droite) Ce rotateur d'échantillons utilise un moteur à courant continu pour mélanger en continu les échantillons de laboratoire. Centrifugeuse fabriquée à partir d'un batteur à oeufs tenu à la main. Cet agitateur magnétique bricolage de 30 $ fait le travail de son homologue commercial de 250 $ à 1 000 $.

Les méthodes standard d'identification des protéines et de l'ADN avec des colorants nécessitent une étape de décoloration du jour au lendemain sur un rotateur d'échantillon. La croissance d'une variété d'organismes unicellulaires se fait avec une agitation similaire. Plutôt que d’acheter un rotateur commercial au prix de 500 $, l’une ou l’autre procédure peut être complétée en modifiant un gramophone pour faire tourner des conteneurs d’échantillons plutôt que des disques. En ajoutant un adaptateur pour contenir les tubes à essai, votre mixeur de cuisine peut devenir une centrifugeuse pour séparer des échantillons tels que des cultures bactériennes ou des composants sanguins.

La centrifugeuse est le fer de lance du laboratoire de biologie de la recherche et propose de nombreuses options de bricolage de qualité recherche. Un exemple est une petite centrifugeuse qui ne nécessite pas plus de 30 minutes de simples modifications sur un batteur à oeufs tenu à la main. Ne ressemble-t-il pas à un instrument de recherche? Pensez encore. Il a été conçu par l’un des chimistes les plus connus au monde, George Whitesides, à Harvard. Pour pouvoir utiliser un tel équipement de bricolage simple - ou n’importe quel équipement - avec des études de recherche contrôlées, la performance doit être quantifiée et documentée. La conception du batteur à oeufs de Whitesides a été publiée avec des calculs mathématiques et des tests de performance expérimentaux.

Sortir de la cuisine et entrer dans le garage pour trouver l’inspiration, nous obtenons de meilleures performances (rotation plus rapide) avec «Dremelfuge» de Cathal Garvey, un rotor de centrifugeuse imprimé en 3D fixé au populaire outil rotatif à main. Garvey a utilisé le Dremelfuge associé à une perceuse standard pour l'isolation à petite échelle d'ADN plasmidique de bactéries, une étape importante dans de nombreuses études sur les gènes et les protéines.

Pour stériliser les outils avant les expériences, les scientifiques utilisent un autoclave, un instrument essentiellement un autocuiseur volumineux et sophistiqué. Pour de nombreuses applications, emprunter ce dernier dans votre cuisine fonctionnera tout aussi bien, à condition que vous puissiez travailler avec de plus petits lots et que vous soyez prêt à attendre un peu plus longtemps (les autocuiseurs fonctionnent à une pression inférieure à celle des autoclaves et ne sont pas conçus pour des raisons évidentes). un cycle de séchage intégré à la fin). Comme pour un autoclave commercial, vous pouvez vérifier que l'autocuiseur a bien rempli sa tâche en ajoutant du ruban autoclave sur ce que vous stérilisez. Si des stries noires apparaissent, la température est suffisamment élevée (en général, 121 ° C).

Garder les choses stériles et prévenir la contamination est important pour les expériences biologiques. Pour cette raison - et aussi parce que personne ne veut agiter un liquide pendant des heures - un appareil de laboratoire appelé agitateur magnétique est couramment utilisé pour mélanger et préparer des liquides. La plate-forme de l'agitateur repose sur un champ magnétique rotatif pour faire tourner de manière continue et uniforme un petit barreau magnétique placé dans le récipient de liquide. Une version commerciale de base coûte entre 250 et 1 000 dollars, mais le chercheur universitaire Malcolm Watts a construit une version de bricolage bien au-dessous de 30 dollars qui est si élégante que mes collègues universitaires ne se rendent même pas compte qu’elle a été construite à la maison (voir teklalabs.org pour le design). Contrairement à toutes les versions commerciales que je connaisse, l’agitateur magnétique de Watts est alimenté par une batterie. Je peux donc facilement le déplacer dans le laboratoire et les chercheurs peuvent l’utiliser dans des endroits isolés ou dans des pays en développement sans accès au mur.

En plus de la flexibilité et de l'abordabilité du bricolage, les chercheurs fabriquent leurs propres instruments pour pouvoir effectuer des réparations en interne. En effet, il n’ya pas si longtemps, la conception et la réparation d’instrumentation en interne étaient courantes dans les instituts de recherche, mais vous aurez du mal à trouver un concepteur d’équipement ou un souffleur de verre scientifique à mon travail d’aujourd’hui. Brian Millier, ingénieur en instrumentation à l'Université Dalhousie, a déclaré: «Il y a 30 ans, j'effectuais environ 95% de toutes les réparations nécessaires sur nos instruments commerciaux.» Aujourd'hui, le matériel commercial est plus complexe et les pièces sont miniaturisées et difficiles à obtenir. remplacé. L'instrumentation n'est tout simplement pas destinée à être réparée en interne. Millier affirme: «Je peux maintenant effectuer moins de 50% des réparations requises, même si j’ai plus de 30 ans d’expérience dans ce domaine."

Avec moins de travail sur les équipements commerciaux, Millier a commencé à fabriquer ses propres équipements pour les chercheurs universitaires et les laboratoires d’enseignement. Par exemple, Millier a construit un photomètre à 150 dollars utilisant une LED RVB pour la source lumineuse et un capteur de lumière RVB à faible coût pour détecter les couleurs dans des solutions expérimentales. En laboratoire, l'une des nombreuses utilisations des photomètres est la détection et la quantification de protéines marquées avec des marqueurs de fluorescence (voir Prix Nobel de chimie 2008).

Alors que les spectrophotomètres commerciaux, qui coûtent des milliers de dollars, ont des capacités de spectre complètes, la version de Millier mesure l’absorption uniquement à trois longueurs d’onde distinctes, correspondant au vert, au rouge et au bleu. En effet, il est courant que les équipements de bricolage aient une fonctionnalité plus restrictive que leurs homologues commerciaux, mais pour de nombreux tests de routine, cette fonctionnalité principale est suffisante. Pour le marquage des protéines, la plupart des chercheurs se concentrent sur le nombre limité de longueurs d'onde vertes, rouges et bleues des étiquettes communes.

Les instruments utilisés pour copier l'ADN commencent à environ 5 000 $ et peuvent coûter beaucoup plus cher. Bien que ces machines de PCR (voir prix Nobel de chimie 1993) puissent accomplir d'autres astuces fantaisistes, leur fonction essentielle consiste à effectuer un cycle de la température de l'échantillon. Millier a construit une machine de PCR pour les chercheurs de son université à l'aide d'un contrôleur personnalisé et d'un four grille-pain. Pour le bricolage low-tech ultime, la méthode originale consistant à déplacer manuellement votre échantillon entre des bassins d’eau à température contrôlée peut également vous donner le même résultat.

Toutes les solutions d'équipement de bricolage ne sont pas à la pointe de la technologie. De nombreux instruments commerciaux haut de gamme ont été lancés par des scientifiques et des ingénieurs et ont ensuite été commercialisés.Cette force motrice de se construire soi-même demeure aujourd'hui. Par exemple, les pincettes optiques sont des instruments sophistiqués qui utilisent la lumière laser pour déplacer très précisément de petites particules, telles que des protéines, dans un espace tridimensionnel. Il existe actuellement une poignée d'options commerciales, mais non seulement elles sont plus chères, elles ne sont pas facilement modifiables et auront généralement des performances expérimentales inférieures. Ainsi, la grande majorité des chercheurs construisent la leur. En effet, si vous disposez de 100 000 dollars US pour les composants optiques et de quelques mois de temps libre, vous pouvez créer votre propre configuration de pincettes optiques pour manipuler mécaniquement les protéines avec une résolution de sous-nanomètre (10-9 mètres) et 0,1 seconde. Les conceptions commerciales rattraperont et éventuellement dépasseront ces conceptions de bricolage, comme ils le firent pour d'autres instruments haut de gamme tels que les microscopes électroniques. Mais au moins pour le moment, le bricolage règne en maître.

Je rencontre régulièrement des scientifiques qui ont conçu leurs propres instruments, des centrifugeuses à batteur à oeufs aux pincettes optiques de haute précision. Cependant, contrairement aux nombreux autres forums de bricolage, les équipements scientifiques de recherche ne disposent pas d’une communauté active pour le partage d’innovations. Si nous sommes sérieux au sujet de la science ouverte, nous devons non seulement changer la façon dont nous partageons les résultats, mais aussi faciliter l’accès aux infrastructures de laboratoire et aux intrants expérimentaux. Nous devons commencer à partager nos conceptions d'équipements. Aidez-moi à teklalabs.org.

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