Gdy Alice Pyne opowiada o dawaniu dzieciom w szkołach próbek "skrystalizowanych struktur wirusa" można odczuć delikatne drżenie serca. Wydaje się że już dostatecznie pogrążyliśmy następne pokolenie bez oddawania im w ręce narzędzi do prowadzenia wojny biologicznej. Opisany wirus to wirus mozaiki tytoniowej, nie jest on w stanie zarażać komórek zwierzęcych, zapewnia autor. Nie to jednak jest tutaj najistotniejsze. Chodzi o to żeby zamiast prezentować wiedzę w szkołach z wykorzystaniem dwuwymiarowych obrazków w podręcznikach pokazać im coś prawdziwego. Co więcej - unaocznić im trójwymiarowy obraz na przykład wirusa na zajęciach.
Alice Pyne, doktorantka na University College London próbuje udostępnić szkołom taką możliwość, poprzez stworzenie taniego urządzenia umożliwiającego obrazowanie ekstremalnie małych struktur. Takiego samego urządzenia jakie Alice wykorzystała do wykonania pierwszego obrazu helisy DNA w roztworze. Aby to osiągnąć zaprojektowała mikroskop sił atomowych (AFM) kosztujący zalediwie 300 funtów. Do jego konstrukcji wykorzystuje się elementy wykorzystane z klocków LEGO, moduł Arduino i części które wykonać można z pomocą drukarki 3D.
"Chcemy umożliwić dzieciom oglądanie struktur biologicznych w sposób jaki dotychczasowo nie był dla nich dostępny" mówi Alice.
Mikroskop sił atomowych nie jest mikroskopem w tradycyjnym tego słowa znaczeniu. Nie przykłada się tutaj oka do kawałka szkła, aby móc obserwować próbkę w powiększeniu. W istocie te mikroskopy są dużo fajniejsze niż te klasyczne.
AFM jest jak miniaturowy odtwarzacz gramofonowy. Posiada on miniaturowe ramie wyposażone w bardzo małą igłę oraz laser, który ukierunkowany jest tak aby odbijał się od ramienia. Gdy próbka pod igłą porusza się ramie mikroskopu wygina się, jako że igła porusza się w górę i w dół, w odpowiedzi na ruch próbki. Powoduje to że laser odbija się inaczej, w zależności od poruszenia się igły. Poprzez zbieranie tych sygnałów jesteśmy w stanie zrekonstruować trójwymiarowy obraz próbki w ogromnym powiększeniu. W dużym uproszczeniu - urządzenie takie zachowuje się jak skaner 3D mogący obrazować nanostruktury.
"Co czyni profesjonalne mikroskopy sił atomowych drogimi to fakt że posiadają one mnóstwo funkcji, umożliwiających obrazowanie w wielu trybach" mówi Pyne. "W naszym projekcie obrazujemy próbkę na bardzo niewielkim obszarze, korzystając z najprostszego trybu obrazowania".
Mikroskop ten został zaprojektowany podczas niedawnej wycieczki jedenastu studentów UCL do Beijing, gdzie współpracowali oni z studentami uniwersytetów w Tsinghua i w Pekinie, razem z innymi studentami z uniwersytetów Oxford i w Singapurze. W ciągu pięciu dni zespół, kierowany przez Pyne, zbudował i przetestował w pełni sprawny mikroskop sił atomowych. Większość części które zostały wykorzystane do wykonania mikroskopu pochodzi z sklepów elektronicznych w Zhongguancun, technologicznej dzielnicy Beijing. Pozostałe części z których składał się mikroskop to klocki LEGO i Make Blocks lub elementy wydrukowane na drukarce 3D. Tylko dwa specjalistyczne elementy zostały zamówione przez internet przed rozpoczęciem całego projektu.
"W tych sklepach nie znajdziemy dedykowanych detektorów, takich jak kwadrantowy fotodetektor (fotodioda wyposażona w cztery sąsiadujące ze sobą pola światłoczułe - przyp. tłum.) ani piezomanipulatorów (bardzo precyzyjnych układów pozwalających na przesuw z rozdzielczością nanometrową - przyp. tłum.)" tłumaczy Pyne. Te elementy były jedynymi specjalistycznymi elementami potrzebnymi do konstrukcji układu. Mikroskop skonstruowany przez jej grupę składa się z metalowej podstawy, obudowy wykonanej z LEGO oraz szeregu dedykowanych elementów wykonanych w technice druku 3D, zapewniających dokładne spasowanie układu z elementami LEGO. Układ skanujący jest w pełni wykonany w technice druku 3D i wzorowany na podobnym zaprojektowanym przez badaczy z Uniwersytetu w Bristolu.
Piezomanipulatory to komponenty oparte o efekt piezoelektryczny. Zmieniają one swój kształt i położenie pod wpływem pola elektrycznego (i odwrotnie). Był to najdroższy element całego układu i pochłonął około połowy całego budżetu. Przy przyłożeniu 10 V do tego elementu wydłuża się on o około jeden mikron. Pozwala to na osiągnięcie niesamowitej rozdzielczości wykorzystując Arduino do kontroli pozycji układu.
Cele projektu nie są w pełni altruistyczne. Pyne ma nadzieje że poprzez rozpowszechnienie tego typu tanich układów wykonanych na licencji open source w krajach takich jak Chiny, istotne informacje na przykład te dotyczące zanieczyszczeń staną się bardziej dostępne dla ludzi. Dzięki takim projektom szkoły zyskują bardzo tani dostęp do zaawansowanych narządzi badawczych a naukowcy mają szansę na zyskanie bardzo ciekawych wyników pochodzących od nastolatków, którzy zafascynowani tą technologią będą prowadzić na niej swoje badania.
Nie wiadomo jeszcze kiedy projekt będzie w pełni gotowy i dostępny online, jednakże Pyne twierdzi iż powinno stać się nie później niż w 2014 roku.
Źródła:
http://www.wired.co.uk/news/archive/2013-09/18/lego-microscope
Fajne? Ranking DIY
