居家生物實驗室——和微觀世界有個約會手工電子DIY教程

居家生物實驗室——和微觀世界有個約會

Moticam1000 ,數碼攝像頭,可以安裝在顯微鏡的目鏡上來獲取圖像

Geek 指數:★★★★☆

家庭生物實驗室基礎裝備

Kathy Ceceri發現自己的手臂被一隻蜱叮了。因為擔心這是那種可能會攜帶萊姆病致病螺旋體的蜱,她回到她的家庭實驗室,把這個細小的節肢動物放在顯微鏡下觀察。顯微鏡通過USB線纜連接到電腦,她憂心忡忡的看着顯示屏上的的圖像:“悲劇啦,就是那種蜱!現在嘛,得GOOGLE一下被鹿蜱咬了後怎麼辦……”

 

Ceceri的藍色QX5數碼顯微鏡是構成她家庭實驗室的幾個設備之一,整個實驗室就在紐約斯凱勒維爾她家的起居室裏。隨着這類科學設備的電腦化、低成本化與使用門檻的降低,這種家庭實驗室越來越容易搭建了。 Ceceri有幾台顯微鏡和一台望遠鏡,這還不算什麼。別的家庭實驗室有能在廚房用的紅外線温度計,甚至有在家就能做DNA分析的DNA工具箱。許多這類工具都與家用電腦有方便的接口,用附帶軟件來加強使用效果。也有的自帶嵌入式芯片來支持更加複雜精密的操作。

 

各種“不可告人”的動機

建立家庭實驗室的原因多種多樣,有的人是工具發燒友,在尋找更好的工具;有的是做家庭學校的過程中,父母買給孩子的科學裝備;還有的人更直接,只是為了滿足自己的好奇心。 以上三個原因Ceceri都佔了,因為她在家自己教育她的兩個孩子:15歲的Anthony和18歲的John;同時還以他們的發現為素材,為數個博客供稿,比如, and homebiology.blogsp.。 “今年我們在做綜合科學”,她談起她家庭學校的課程安排,“我們把一切想觀察的東西都放到顯微鏡下面去”。她和孩子們現在在飼養鱟蟲,一種甲殼綱動物,並把鱟蟲的卵拿到顯微鏡下觀察。不久以前他們把數碼相機固定在目鏡上就拍了段草履蟲和線蟲游來游去的視頻,效果被評價為“非常贊”。 Brian Haddock是一位住在沃思堡市南部的軟件開發者,和Ceceri一樣,也常在博客上發表以科學為主題的文章,他覺得連接電腦讓顯微鏡變的特別帶感:“USB顯微鏡很給力噠~雖然放大倍數比不上有的專用光學顯微鏡,但是觀察一個在屏幕上放大的圖像比眯着眼從目鏡裏看那個糾結的像舒服多了。”最後Haddock做起廣告來 “就我個人而言,我喜歡Carson zPix”。

 

哪裏有需求哪裏就有市場!

説到廣告,那些製造便宜設備的儀器生產商,也無疑對家庭實驗室的興起起到了推進作用。h是網站的合夥創始人,他表示他們的網站銷售各種家庭實驗室用的科學設備,其中有不同價位的多種顯微鏡可供客户選擇。有低端但便宜的99美元數碼顯微鏡,放大倍率從20~400倍可選。也有珠寶店商用/發燒友用的高端顯微鏡,價格349美元,可以提供Smith所説的“高質量、高鋭度”圖像。 科學器材供應商Edmund Scientific的市場董事Timothy Burns也不甘示弱,他們的公司經營着各種價位的望遠鏡,目標用户有專業的科學家和業餘愛好者。對比肉眼觀測,添加電腦界面的望遠鏡使得捕捉更多細節的可能性大大提高。電腦能在不同時間截取多個圖像,綜合比對觀察結果,讓最微弱的觀察對象現形。 除了截取視頻或者圖像,它實際上還能做到把許多圖像疊加起來,用以展示整片浩瀚的夜空。 Burns先生舉例説:“你不光可以拍到相當酷的月球靜態圖片,當你瞄準宇宙深處的目標,比如一團星雲時,你甚至能辨認出星雲的顏色和它的輪廓!我們的望遠鏡有超乎你想象的色彩表現!”除了光學性能出色,有的望遠鏡的瞄準位置乾脆就使用家用電腦進行控制,Burns先生認為這會讓兒童也能方便操作。而且電腦也會幫助用户在無垠的星空裏找到想要觀察的特定目標。 如果你買不起全新的電腦輔助顯微鏡和望遠鏡,Edmund Scientific還供應一種能配置在多種顯微鏡和望遠鏡的標準目鏡上的數碼攝像頭,Moticam1000。這種攝像頭能方便的把通過普通光學器材觀察到的景象數碼化。

 

一個EXTECH的紅外線温度計,也有萬用表功能。

對於想研究野生動物的家庭科學家們,也許會對一種帶運動傳感器的數碼相機更感興趣。Cabela’s 户外休閒用品店裏有價格低至100美元不到,最貴500美元以上的各種型號的帶運動傳感器相機。這種相機可以自動在白天甚至夜裏拍攝視野裏在運動的物體,並且保留時間信息,免除了拍攝者尋找動物的煩惱。 除了這些光學儀器,紅外線温度計也是能讓家庭科學家們獲得研究樂趣的設備,價格一般在20美元到100美元之間。這種温度計可以在不接觸被測物體表面的情況下,通過檢測被測物體發出的紅外線能量來測量物體温度。據説廚師經常用紅外線温度計來測量平底鍋的温度;家庭科學家們則用它來檢查家裏的牆壁哪個區域隔熱性能不好,或者通過測量暖氣管迴路兩端的温度來估算取暖設備的性能。 John Baichtal,MAKE雜誌的特約作者,説他比較中意Extech EX210 Multimeter,一個混搭萬用表的紅外線温度計,價格不到70美元。他説:“這個設備對於家庭科學家來説很好使,比如要測一個你夠不到的目標,打開激光瞄準器就能對準了。”這個工具對於小童鞋瞭解熱流的概念也非常理想,例如很多建築外牆都有因為隔熱材料不均勻產生的熱點和冷點,紅外線温度計就可以在冬天幫助找到那些讓熱量大量流失的點。

 

在家提取分析DNA?

還有的人更願意在實驗室裏裝備些近年來出現的新科技。比如美國自然歷史博物館的Samara Rubenstein,她是Sackler教育實驗室中“比較基因組和人類器官”部門的經理。她説家庭科學家們可以方便的提取他們自己的DNA:先用鹽沖洗口腔獲得脱落的口腔上皮細胞,再用洗滌靈破碎這些細胞,最後用外用酒精洗出DNA。“你不覺得這很酷嘛?”她最後問道。 在DNA被提取後,用一種叫做聚合酶鏈式反應(PCR,Polymerase Chain Reaction)的技術就可以對DNA進行鑑定分析。一個稱做OpenPCR的新項目正在開發家用DNA分析設備。Tito Jankowski與Josh Perfetto,這個項目的開發者説,這套分析設備最終可以讓任何人都有能力分析DNA。

Jankowski説家庭科學家們可以用OpenPCR做的實驗很多,比如測試自己對特定食物的反應。有些人嘗球芽甘藍時,感覺味道是苦的,而這是與一段可以被OpenPCR檢測出的基因組有關的特徵。 Eri Gentry,一位聖弗朗西斯科的企業家,表示已經自助檢測到了自己的這段基因。她使用的是一個通常賣給學校科學實驗室的檢測套件,這個套件在Carolina Biological Supply以200美元的價格出售。她説:“有的事你願意去做,並不是因為這麼做最快最好最划算,而是因為你能從中學習新東西,獲益匪淺”。