Onderzoekers bouwen simpelweg zelf dure apparaten

Op een ochtend liep Étienne Boulter zijn laboratorium aan de Universiteit van Côte d’Azur in Nice binnen met een Lego Technic-graafmachine onder zijn arm. Zijn plan was eenvoudig maar ambitieus: hij wilde de onderdelen gebruiken om een ​​mechanisch brancardsysteem voor cellen te bouwen. Bolter en zijn collega’s bestuderen mechanobiologie, dat wil zeggen de manier waarop mechanische krachten, zoals rek en compressie, op cellen inwerken. In de handel verkrijgbare celbrancards kosten echter meer dan $ 50.000.

De bouwmissie van Poulter en zijn collega’s: een apparaat gemaakt van Lego-componenten voor iets meer dan $ 200. Het werkte: hun Lego-systeem rekt de siliciumplaat uit waarop de cellen groeien. Dit proces zorgt ervoor dat cellen vervormen en nabootsen hoe onze huidcellen uitrekken.

Lego-kits zijn ideaal voor hergebruik, zegt Poulter: “Als je Lego Technic hebt, heb je de motoren, de wielen, de assen – alles wat je nodig hebt om een ​​systeem als dit te bouwen. Hun model was zo succesvol dat tien verschillende laboratoria het hebben gebouwd .” Over de hele wereld namen contact met hem op om plannen te maken om hun eigen goedkope Lego-brancards te bouwen.

Poulter is een van de vele onderzoekers die goedkope maar zeer effectieve laboratoriumapparatuur bouwen met behulp van legoblokjes. De bouwstenen zelf zijn sterk en vervaardigd volgens strikte productietoleranties. Het Lego-aanbod omvat sensoren die verschillende kleuren kunnen herkennen, rotatiebewegingen kunnen detecteren en de afstand tot een object kunnen meten. Dit maakt doe-het-zelfpakketten tot een innovatieve en betaalbare oplossing voor wetenschappers die kosten willen besparen.

Chromatograaf gemaakt van plastic stenen

Een voorbeeld is de LIGO-chromatograaf, ontwikkeld door Cassandra Quavi en haar man, Marco Caputo, beiden van Emory University. Quave is botanicus en leidt een onderzoeksgroep die zich richt op het documenteren van traditionele medicijnen. Haar team reist diep de bossen en jungles van de wereld in, verzamelt monsters van bladeren, bessen en zaden en onderzoekt deze op hun potentiële farmaceutische waarde. Om chemische verbindingen uit plantenmonsters te isoleren, gebruikt Quave een nauwkeurig proces dat chromatografie wordt genoemd, waarbij uit de plant gedestilleerde vloeistof door een buis wordt geleid die is gevuld met een stof zoals silicagel.

De timing van chromatografische analyse moet zeer nauwkeurig zijn; Op bepaalde tijdstippen moeten kleine hoeveelheden vloeistof worden toegevoegd. Wachten op deze momenten is niet het beste gebruik van de tijd van een afgestudeerde student, dacht Quaife toen ze op een dag het laboratorium binnenkwam en afgestudeerde student Huaqiao Tang een reageerbuis zag vasthouden en naar de klok keek. “Dit is waanzin!” ‘ zei Quaif en lachte. “We kunnen een betere oplossing vinden!”

Toen Quave Caputo over hun probleem vertelde, nam hij Lego mee uit de enorme collectie van zijn vier kinderen en liet zijn studenten uitproberen wat ze ermee konden maken. Ze ontwikkelden een robotarm die repetitieve en precieze bewegingen kan maken, waarbij geleidelijk kleine hoeveelheden vloeistof in reageerbuizen worden gegoten om verbindingen in plantenweefsel te isoleren. Volgens Quaife waren de bewegingen van het apparaat zo nauwkeurig dat de kristallen spontaan ontstonden, wat alleen gebeurt bij zeer zuivere materialen.

Een 3D-bioprinter gemaakt van Legoblokjes

Aan de Universiteit van Cardiff in Wales hebben Christopher Thomas, Oliver Castle en Sion Coleman vergelijkbaar succes geboekt bij het bouwen van een hulpmiddel dat cellen kan afdrukken. Onderzoekers bestuderen huidziekten, vetverbindingen die lichaamsvet worden genoemd, en wondgenezing. Het is ethisch moeilijk om monsters voor dit onderzoek te verkrijgen. Daarom bouwden de onderzoekers een 3D-bioprinter van Lego-stukjes die in staat zijn een analoog van de menselijke huid te ‘printen’ door lagen bio-inkt aan te brengen met daarin levende cellen.

Deze printers kosten doorgaans meer dan een kwart miljoen dollar. Wetenschappers bouwden hun versie voor slechts $ 550. In eerste instantie waren haar collega’s sceptisch over het feit dat onderdelen die normaal gesproken als speelgoed worden beschouwd, in zo’n professionele omgeving konden worden gebruikt. Maar nadat ze de printer in actie hadden gezien, waren ze snel overtuigd. Het team haalde de nationale krantenkoppen en andere groepen creëerden het model in hun eigen laboratoria.

Aan de Universiteit van Cardiff hebben Christopher Thomas, Oliver Castle en Sion Coleman een apparaat gebouwd dat cellen kan printen. Groepen over de hele wereld hebben haar ontwerp al gekopieerd. (Afbeelding: Universiteit van Cardiff).

Lego microscoop voor school

Sommige wetenschappers ontwikkelen hulpmiddelen die studenten kunnen gebruiken: Bijvoorbeeld biofysicus Timo Betz van de Universiteit van Göttingen. Hij zou een lezing over natuurwetenschappen geven aan de Kinderuniversiteit van Münster, maar hij kon zijn eigen microscoop van laboratoriumkwaliteit voor de lezing niet meenemen op het podium: die was simpelweg te groot. Hij kreeg het idee om een ​​Lego-microscoop te bouwen terwijl hij zijn achtjarige zoon Emil zag spelen.

Zijn zoon was onmiddellijk aan boord. “Laten we dit doen!” Hij zei tegen zijn vader. Samen met Bart Voss, een collega aan de universiteit, bouwden ze een microscoop die geheel uit Lego-onderdelen bestond, op twee optische lenzen na. Hun plannen maakten ze openbaarHet kan worden gebruikt door leerlingen van 12 jaar en ouder om de basisconcepten van optica te leren.

Voor onderzoekers over de hele wereld

Veel van deze wetenschappers stellen hun modellen beschikbaar aan geïnteresseerde groepen, bieden ze open source aan of publiceren de plannen op GitHub of andere platforms. Hierdoor zouden andere laboratoria ook hun eigen versies kunnen maken. Dit is een enorm voordeel voor onderzoekers over de hele wereld, vooral voor degenen met beperkte financiële middelen – of het nu gaat om nieuwe docenten, onderzoekers aan kleinere universiteiten of mensen die in lage-inkomenslanden wonen. Zo maakt een klein plastic maltje wetenschap voor iedereen toegankelijk.

Tekst door Elizabeth Fernandez. Zij is wetenschapsjournalist.