Clinostat 2D cho thí nghiệm mô phỏng vi trọng lực

Các thiết bị mô phỏng vi trọng lực trên mặt đất, như clinostat 2D dạng quay, là công cụ rất hữu ích để nghiên cứu các quá trình liên quan đến trọng lực. Bài này giới thiệu một clinostat 2D đa dụng, có thể chỉnh g-value, được thiết kế để giữ một đĩa Petri 90 mm duy nhất.

Cụm truyền động dùng motor bước SM-28BYJ-48-5V kết hợp với bộ bánh răng ngoài tỉ lệ 12/44. 28BYJ-48 là motor bước unipolar 5 dây, 4 pha, chạy ở 5 V. Bên trong có hộp số với tỉ số truyền giảm 64:1. Motor bước được điều khiển bằng các xung điện, nên tốc độ quay tỉ lệ với tần số xung. Ở chế độ full-step, motor quay 11.25° mỗi bước (hoặc 5.625° ở chế độ half-step). Vậy góc bước nhỏ nhất là 5.625°/64. Với hai bánh răng ngoài, một vòng quay hoàn chỉnh của bánh xe tương ứng khoảng 7.500 bước. Do đó, bánh xe quay có thể hoạt động ở tốc độ 0–10 rpm.

Motor được điều khiển bởi Arduino thông qua module driver ULN2003. Module ULN2003 được bắt vít vào mặt sau của phần nghiêng của clinostat, phía trên motor.

Clinostat được dùng để giảm tác động theo hướng của trọng lực lên mẫu sinh học bằng cách quay liên tục, từ đó “lấy trung bình” vector trọng lực theo thời gian. Dù độ lớn của trọng lực vẫn là 1 g, việc thay đổi hướng liên tục có thể khiến sinh vật và tế bào khó thiết lập một hướng “xuống” ổn định, giúp hạn chế các hiện tượng do trọng lực chi phối như gravitropism và sedimentation—miễn là tốc độ quay đủ nhanh so với thời gian đáp ứng của quá trình đang khảo sát.

Vì vậy, clinostat được ứng dụng rộng rãi trong sinh lý học thực vật, sinh học tế bào và vi sinh như một thiết bị mô phỏng vi trọng lực trên mặt đất, và thường được dùng để sàng lọc (pre-screen) bố trí thí nghiệm trước khi làm thí nghiệm bay vào không gian. Tuy nhiên, khi diễn giải kết quả cũng cần cẩn thận, vì chuyển động quay có thể tạo ra tác dụng phụ như gia tốc ly tâm còn dư (residual centrifugal acceleration), chuyển động của chất lỏng, và shear stress, đặc biệt trong các dụng cụ có chứa chất lỏng như đĩa Petri.

Clinostat này được làm cho các thí nghiệm nghiệp dư. Mình đã dùng nó để ươm (germinate) cây cải xoong vườn (Lepidium sativum).