Кирпичики Lego делают науку более доступной

Ученые используют культовые разноцветные кирпичики для создания всевозможных устройств от биопринтеров до микроскопов, повышая при этом доступность науки.

Однажды утром Этьен Боултер вошел в свою лабораторию в Университете Лазурного берега в Ницце (Франция) с экскаватором Lego Technic, зажатым под мышкой. Его план был прост и в то же время амбициозен: использовать детали набора для создания механических растягивающих устройств для клеток. 

Боултер и его коллеги изучают механобиологию - то, как механические силы, такие как растяжение и сжатие, влияют на клетки, - и это оборудование необходимо для его исследований. Коммерческие устройства для растягивания клеток стоят более 50 000 долларов. Но однажды, поиграв с набором Lego, Боултер и его коллеги нашли способ собрать один из его компонентов всего за чуть более 200 долларов. Их система Lego растягивает силиконовую пластину, на которой растут клетки. Этот процесс заставляет клетки деформироваться, имитируя растяжение клеток нашей кожи.

Такие наборы идеально подходят для повторного использования, говорит Боултер: "Если вы обратитесь к Lego Technic, у вас будут моторы, колеса, оси - все, что нужно для создания такой системы". Их модель оказалась настолько удачной, что 10 различных лабораторий по всему миру обратились к нему за планами по созданию собственных недорогих конструкций из Lego. 

Боултер - один из многих исследователей, обращающихся к компонентам Lego для создания недорогого, но чрезвычайно эффективного лабораторного оборудования. Сами кирпичики прочны и изготавливаются с жесткими допусками. В ассортименте Lego есть датчики, способные распознавать различные цвета, воспринимать вращательное движение и измерять расстояние до объекта. Эти инструменты "сделай сам" - креативное и доступное решение для работающих ученых, которые пытаются сократить расходы. 

Возьмем, к примеру, хроматограф Lego, сконструированный Кассандрой Куаве и ее мужем Марко Капуто, которые работают в Университете Эмори. Куаве - этноботаник, возглавляющая исследовательскую группу, занимающуюся документированием традиционных лекарств. Ее команда путешествует в леса и джунгли по всему миру, собирая образцы листьев, ягод и семян, которые они оценивают на предмет их потенциальной фармацевтической ценности. Чтобы выделить химические соединения из образцов растений, Куэйв проводит кропотливый процесс, называемый хроматографией, в ходе которого жидкость, полученную из растения, пропускают через трубку, заполненную материалом, например силикагелем. 

Время в хроматографии должно быть очень точным, небольшие количества жидкости добавляются в определенные моменты. Ждать этих моментов - не самое лучшее использование времени аспиранта. Именно об этом подумала Куаве, когда однажды вошла в лабораторию и увидела, как ее аспирант Хуацяо Танг держит пробирку и смотрит на часы. "Это безумие!" сказала Куаве, смеясь. "Мы можем придумать лучшее решение!" 

Когда Куавэ рассказала о своей проблеме Капуто, он принес Лего из огромной коллекции их детей и предложил своим студентам посмотреть, что можно с ними сделать. Они придумали роботизированную руку, которая могла совершать повторяющиеся точные движения, постепенно добавляя небольшие порции жидкости в пробирки, чтобы выделить соединения из растительной ткани. По словам Куаве, движения устройства были настолько точными, что в результате спонтанно образовывались кристаллы, что бывает только в очень чистых веществах. 

В Университете Кардиффа (Уэльс) Кристофер Томас, Оливер Кастелл и Сион Коулман добились аналогичного успеха, создав прибор, способный печатать клетки. Исследователи изучают кожные заболевания, липиды (жировые соединения) в организме и заживление ран. Образцы, полученные этическим путем, найти сложно, поэтому они создали 3D-биопринтер из деталей Lego, способный "печатать" аналог человеческой кожи, укладывая слои биочернил, содержащих живые клетки. Обычно такие принтеры стоят более четверти миллиона долларов, но они создали свою версию всего за 550 долларов. Поначалу коллеги скептически отнеслись к тому, что компоненты, обычно считающиеся игрушками, могут использоваться в столь профессиональных целях, но, увидев принтер в работе, они быстро убедились в этом. Команда попала в национальные новости, и другие группы повторили эту модель в своих лабораториях. 

Некоторые ученые придумывают инструменты, которые можно взять с собой в класс. Тимо Бетц из Геттингенского университета в Германии однажды пришел к идее создания микроскопа из конструктора Lego, наблюдая за игрой своего сына Эмиля, которому тогда было восемь лет. В тот день Бетц должен был выступать с докладом о науке в местной школе, но не хотел брать в класс свой собственный микроскоп лабораторного класса. Его сын сразу же согласился. "Давай сделаем это!" - сказал он отцу. Вместе с Бартом Восом, коллегой из университета, они построили микроскоп, который полностью состоял из деталей Lego, за исключением двух оптических линз. Их чертежи, которые они выложили в открытый доступ, могут использоваться школьниками в возрасте 12 лет для изучения основных понятий оптики.

Многие из этих ученых делают свои модели с открытым исходным кодом, предоставляя их заинтересованным группам или публикуя планы на GitHub, в статьях или для того, чтобы другие лаборатории могли создавать свои собственные версии. Это очень полезно для исследователей во всем мире, особенно для тех, у кого ограниченное финансирование - будь то новые преподаватели, ученые в небольших университетах или люди, работающие в странах с низким уровнем дохода. Так маленький пластиковый кирпичик делает науку более доступной для всех.