Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
наш микроскоп
собственно моторизованный стол на котором сверху сидит пьезоэлектрический позиционер
контроллер пьезоэлектрического позиционера с приклеенным модулем сбора данных
справа - положение стола в микронах
модуль сбора данных
макетная плата Пропеллера за $20
драйвер шаговых моторов прикрученный к боковой крышке компьютера
пульт управления - game pad
передняя панель приложения на LabVIEW
так выглядит кусок кода на LabVIEW
флуоресценция микросфер под микроскопом- размер поля 100 микрометров

DIY или Ржавый железный вивисектор

Ключевые слова:  лабораторное оборудование

Автор(ы): Алексей Шварев

Опубликовал(а):  Шварев Алексей кубический медведь

03 июня 2008

"Только не в этой стране!", - ответ Майка Скайлора на растерянную реплику: "Но я слышал, что в США профессора ничего сами не мастерят" (

предлагается в раздел Очумелые Наноручки).

Есть в нашем университете такой спецкурс, вернее, лабораторный практикум для аспирантов- Microcomputer Interfacing. Веду его я, а придумал его профессор Майк Скайлор, ушедший недавно на пенсию (придумать лабораторный практикум раз в десять труднее чем вести). В программе курса - введение в программирование на Visal Basic и LabVIEW, базовая электроника, и микроконтроллеры. Химикам приходится тяжело, иногда лабы начинаются в полдень и заканчиваются в 9 вечера, инженеры, напротив, иногда откровенно скучают.

Пока я сижу в лабе, наблюдая за десятком аспирантов, самое время поговорить про DIY. Не надо путать DIY и DUI, так как последнее есть малопочтенное занятие езды в нетрезвом виде. DIY это аббревиатура от "Do It Yorself", в русском языке превращающаяся в "Сделай Сам". Почему - то многие в России считают, что на Западе ученый ничего сам не мастерит, а наоборот, все-все покупает, тратя драгоценное время на раздачу не менее ценных указаний прилежным аспирантам и трудолюбивым постдокам. Ну купить что-то, положим, не в пример проще, чем сделать. Проблема, к сожалению, в том, что всего не купишь.

Первое, что осознаешь, получая место профессора и ключи от пустой лаборатории - никто тебе ничего делать не будет. Стены, конечно, покрасят и потолок, несомненно, побелят, но это, в общем-то, и все. Поэтому сначала берешь кредитную карточку химического факультета и едешь в магазин Home Depot. Вооружаешся тележкой и начинаешь грузить в нее массу полезных вещей, начиная от инструментов, заканчивая пластиковыми трубами и шурупами. Потом... Потом две недели работы, беготня с ящиками с оборудованием - и исследовательская лаборатория готова.

Оборудовав и насторожив лабораторию в режиме "ловушка для аспирантов", можно занятся другими делами. Но иногда руки чешутся, и для приборов делаешь очередную хохрюшку. Собственно, речь пойдет о нашем флуоресцентном спектральном микроскопе.

Мы работаем с такими маленькими полимерными частичками - ион-селективными сенсорами. Самые маленькие - около 100 нм в диаметре. Самые большие - микрон 5-10. Поскольку нас интересуют оптические свойства оных, мы фокусируем на одной из них микроскоп, потом на изображение опускается щель, щелк! Тут в дело вступает наша "замороженная" до -80oC градусов ПЗС камера, которая снимает спектр флуоресценции. Частичка при этом из щели спектрометра норовит удрать. Понаблюдав за гимнастическими упражнениями аспирантов, старающихся вручную вращая винты и поставить частичку в центр, глядя на дисплей компьютера, я решил прикрутить мотор в столу микроскопа. Кстати, о том, что как-то стабилизировать изображение архиважно и архинужно в случае, когда размеры сенсора становятся субмикронными, говорила в своем последнем докладе на ПИТТКоне Лиза Холл (Towards a Design for Particles to Resolve Intracellular Ion Concentrations ELIZABETH (LISA) A HALL, University of Cambridge, Maria Jose Ruedas, Xiaojuan Wang, Pei-Lun Lin).

У меня давно валялись два пьезоэлектрических стола от Physik Instrumente (PI), отданные нам с завода Хьюлетт-Паккард в Корваллисе. Возникла идея прикрутить один из них прямо сверху на механический стол. Это и было сделано за вечер, попутно из алюминиевой болванки я попросил выточить нашего токаря стакан для образцов, который был установлен по центру пьезоэлектрического стола. Результат кручения ручек на контроллере стола не порадовал. Во - первых, неудобно. Во-вторых, ход стола всего-лишь 100 микрон, что хорошо при работе с 100-кратным объективом, когда все поле зрения 60 микрон, а с меньшими увеличениями опять надо хвататься за винты механического стола.

Захотелось эту систему как-то улучшить. Вдобавок, сняв штатный механический стол, я обнаружил сделанные из стеклонаполненной пластмассы шестеренки и всерьез обиделся на Олимпус. Сначала я, как водится, запросил нескольких производителей о цене механический столов с электроприводом. Цена оказалась в пределе 5-10 тысяч. Комбинация "стол с электроприводом / пьезоэлектрический стол" зашкалила за 50 тысяч. Наш сенсорный проект финансируется небольшим грантом департамента военно-морских исследований США, и подобные дырки в бюджете в нем не предусмотрены. И потом, денег жалко, даже пять тысяч - это целая стипендия студенту на лето, читай целая публикация в хорошем журнале.

Боюсь навлечь гнев высокоученых читателей с огромными бюджетами, но все же скажу очень простую вещь. Если мне нужно оборудование, на которое у меня денег нет, то иду я прямиком на помойку. Не ту грязную, а вполне цивилизованную. У нас есть т.н. OSUrplus - большой ангар, куда свозят списанное оборудование. Поискав там и не найдя ничего подходящего, я отправился на ebay. Поискав "microscope stage", я быстро понял, что передо мной просто Клондайк списанного оборудования. Поторговавшись, купил стол от похожего микроскопа за 300 долларов.

Когда стол пришел через два дня, он подвергся немедленной разборке. Нам в руки попало прекрасное изделие от Prior Scientific с микрошаговыми моторами и шаровыми винтами. Точность позиционирования в пределах микрона, если производитель не врет, ну даже и пускай привирает. Нам все равно столько не надо при наличии пьезостола со 100 микронным ходом.

Немедленно на том же ebay был найден контроллер за 75 американских рублей. Когда он пришел, я немедленно прикрутил одно к другому, подал импульсы от учебного функционального генератора, и моторчики зазвенели вращая винты. Ура! В процессе сборки и установки стола с пьезоэлектрическим позиционером возникла неожиданная проблема - мешал поводок привода "вперед-назад". Я долго глядел на массивную алюминиевую раму, наверное, дорогущего пьезоэлектрического позиционера, потом, решившись, закрепил ее и фрезой вырезал гнездо под поводок на настольном фрезерном станке.

Теперь надо было найти нечто вроде джойстика. В ближайшей лавке RadioSchak меня разочаровали сказав, что последний раз джойстики использовали при царе Горохе и предложили купить game pad. Стоил он 19 зеленых тугриков.

В лабе game pad был воткнут в разъем USB и... О чудо! LabVIEW немедленно распознала в этом чуде старый добрый джойстик! У нас в руках пульт с 10 кнопками и двумя ручками пропорционального управления.

Пару слов о LabVIEW. Это такой язык программирования, поставляющийся с большим набором "железа" для автоматизации научных экспериментов и промышленного оборудования фирмой National Instruments. Вместо строчек кода, однако, пользователь "рисует" программу с помощью значков-пиктограмм. Так же просто можно нарисовать лицевую панель инструмента из готового набора многочисленных ручек, кнопок, экранов с графиками и прочего.

Поскольку денег на фирменную плату управления шаговыми моторчиками было опять жалко, то с полки был взят микроконтроллер фирмы Parallax, именуемый Propeller. Propeller -это восемь независимых 32-битных микроконтроллеров на одном чипе молотящих при 20 миллионах операций в секунду каждый. Производительности его достаточно для полета на Марс. Запрограммировав его за вечер с помощью бесплатного языка Spin, я получил контроллер низкого уровня, который был подключен к компьютеру через последовательный порт, а с другой стороны - к контроллеру двигателей. Поиски корпуса и блока питания для контроллера были прекращены после принятия циничного решения вставить Propeller вместе с драйвером двигателей в корпус персоналки, которая ими же и управляла. При этом дырки безжалостно сверлились по месту.

Одну из плат сбора данных (NI-6225) пришлось все таки купить - пьезостолом надо как-то управлять с помощью аналогового напряжения от 0 до 10 вольт. Она совсем крошечная, подключается через USB. Плата была на скорую руку приклеена двусторонним скотчем прямо к контроллеру пьезостола.

Выходные ушли на написание и отладку простенькой программы под LabVIEW. Результат на картинках, в качестве тест-драйва я выдрал волос, положил его под объектив и "покатался" вдоль него при ширине поля около 160 микрон. Джойстики позволяют плавно двигать "грубый" и "точный" позиционеры.

Стоит в заключение заметить, что если вы попробуете поискать в Гугле словосочетание DIY AFM то возможно вас ждет сюрприз. Или сразу идите по ссылке How to build a Plastic-AFM head.

Удачи всем и цинизма в технических решениях при постановке экспериментов!



Средний балл: 7.5 (голосов 11)

 


Комментарии
Chutko Vladimir, 03 июня 2008 12:49 
Совершенно верно. Именно - побольше цинизма и еВау. В свое время заменил дорогой фильтр из микропористой керамики на фильтр от сигареты Мальборо. Работал не хуже, правда, требовал замены раз в полгода. Желтел как-то за это время....
Neheroev Alex БО, 03 июня 2008 15:01 
Большое спасибо Алексею Шварёву за эту дельную публикацию! Чтобы бедный человек не сдох с голоду его надо не накормить, а научить "плести сеть (делать инструмент) для ловли рыбы", что и делает Алексей в этой публикации.
----
Если мне нужно оборудование, на которое у меня денег нет, то иду я прямиком на помойку. Не ту грязную, а вполне цивилизованную. У нас есть т.н. OSUrplus - большой ангар, куда свозят списанное оборудование.
----

Эх...
На нашей институтской свалке найдёшь только чугуниевые станины от убитых приборов плюс спаленные вникуда вентиляторы. Пару раз выбрасывали какие-то офигенно тяжёлые детали из крутой нержавейки, но без мартеновской печки с ними ничего не сделаешь. Да и те бомжи потом спёрли в металлолом.
Ах да. Вспомнил. Нашёл я там 200 Амперные предохранители. Из могучей керамики. Красивые цацки, но куда их присобачить непонятно, так как сеть института исправно горит при 100А максимум. (Примерно раз в полгода такое случается).

А ebay это действительно клондайк, не, даже так: КЛОНДАЙК + ЭЛЬДОРАДО.
Замечательная практическая и очень полезная статья!
С выдумкой вещь!
Chutko Vladimir, 03 июня 2008 19:11 
Кстати, о еВау. Не сочтите за рекламу - если кого иинтересует - обращайтесь, в прошлом году поставил в Россию более тонны оборудования, приборов и компонентв с еВау и других фирм, реализующих т.н. refurbished, rebuild и surplus оборудование, даже с гарантией до года. Причем значительная часть оборудования с еВау была в нераспечатанной заводской упаковке...
Красс Марта Ивановна, 04 июня 2008 13:44 
Алексей, а зачем ПЗС-ну морозите?
То есть, зачем - догадываюсь, но почему именно до -80?
Марта Ивановна, ниже температура - ниже шум. Вот и морозим. До -80 можно заморозить элементом Пельтье не связываясь с постоянной кормежкой прибора жидким азотом. Чувствительность такая, что камера видит то, что я глазом точно уже не вижу.
у меня есть предложение к месье Шварёву: привезите на этот ангарчик во двор ХимФака, мы вам так благодарны будем...;)))
Евгений Алексеевич, боюсь получится невыгодно перевозить большую кучу хлама. Ведь на нашей помойке мне тоже нужно платить. Вот подобрал там здоровенный LCD дисплей, воткнул транзистор взамен сгоревшего и получил вещь. Но ведь мне пришлось заплатить $15 за поломатый из кармана. Если нет возможности лично рыться, то лучше покупать целенаправленно - ebay, разные конторы торгующие списанным оборудованием и проч. Наш ONAMI центр на Хьюлетте именно так и собран, как нибудь нащелкаю фоток и опишу сие сборище страховидных прототипов. А ведь все с помойки собрано, однако. Вот поеду через две недели в Калифорнию работать - там помойки всем помойкам помойки. О прошлое лето некто продавал электронный мелкоскоп в заводской упаковке за пять тыщ зеленых. У меня знакомый постоянно в поиске подобных распродаж, хотите могу эго е-майлы вам пересылать. Проблема как всегда с доставкой и растаможкой, но есть люди и конторы которые и это делают.
Бурнин Андрей The Ugly Bird, 05 июня 2008 05:03 
Браво, Лёха!
Гы, у нас сегодня тоже очумелые ручки были. У счётчика частиц полетел RS-232 порт. Вскрытие и тыкание осциллом показало, что умер канал ввода у чипа. . Проект заканчивается, надо быстро доделывать экспериментальную часть. Гуглим и смотрим внутреннюю схему чипа...Ха! По этому каналу инвертор. Поднимаем ножки (не свои, разумеется, а чипа ) ) навешиваем на плату транзюк и тройку резисторов. Всё. Прибор снова работает.
Chutko Vladimir, 05 июня 2008 07:13 
Шварев Алексей кубический медведь: Welcome to Sunny California! А куда именно в Калифорнии имеете место следовать быть, если не секрет?

Насчет покупки на еВау или где еще, доставки и растаможки в России - делаем без проблем, все организовано. Есть представительство в Москве.
Красс Марта Ивановна, 05 июня 2008 10:28 
ниже температура - ниже шум
А методы адаптивного шумоподавления использовать не пробовали? Низкая температура - не панацея. Пробовала и то, и другое.
Владимир, совсем не секрет. Я постоянно курсирую между Корваллисом и Дэвисом, что в северной Калифорнии. И Калифорния с некоторых пор - дом родной. У меня ведь второе высшее - программист. Вот UC Davis таки решил меня пригласить на visiting professor, а на самом деле мы будем делать свервысокотемпературный калориметр с левитацией пробы и лазерным нагревом (и да поможет нам бог) - с меня софтвер.
Замечательно, удачи вам и вашему бизнесу, ибо наука границ не знает.
Chutko Vladimir, 05 июня 2008 10:44 
Спасибо, Алексей! Удачи и Вам с софтом и левитацией!
Андрюх, ты похоже забыл, кто нас учил все это делать (ну, вспомнил наконец?). Ловить "иголки" импульсов на старом ламповом осциллографе. Искать до потери пульса неправильные соединения. И вообще, КТО нас учил уважать долбаную цифровую электронику?
Марта Ивановна, CCD чувствительна в ИК диапазоне, если ее не охлаждать, то собственно детектор сам себе будет мешать борясь с собственным излучением. Вдобавок уменьшается темновой ток. А что касается методов подавления шума то мне неизвестен метод выделения сигнала при амплитуде шума в десятки и сотни раз выше самого сигнала ЕСЛИ сигнал не модулирован и мне неизвестна частота модуляции (в противном случае рулит ФАПЧ или как ее lock-in amplifier).
-1-
молодец. красиво ибо.
-2-
ибо красиво - утягиваю своим студентам (прикладная физика) в качестве иллюстрации зело лепской.
(я им как раз о подобном стиле головы семестр морочил)
-3-
офф-топ "UC Davis ... свервысокотемпературный калориметр с левитацией пробы и лазерным нагревом"

(очччень заинтересованно) угу...
а до скольки сможет?
а точность (ну нахальноожидаемая) каковая будет/планируется (как градус, так и джоуль)?

-- мне (а в общем чё только мне... метрологам-температурщикам ан масс) бы эвтектику металл-графит в окрестностях 2кК пошшупать бы.
Петров Алексей Юрьевич, 10 декабря 2008 00:57 
забавно))
Эх мастерить то мастерить, а применение готового проекта в повседнемной жизне это более масштабная задача...

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фракталы GeO2
Фракталы GeO2

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.