Проекты

Бактериальный биореактор

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика»

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1535
Предметы: Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Существует потребность в практическом изучении такого подраздела микробиологии, как бактериология. Сейчас уже почти во всех школах есть микроскопы, помогающие изучить строение простейших или их поведение в естественной среде. Однако не всегда понятно, как будет вести себя организм, если условия жизни будут постепенно меняться, в какой момент произойдут необратимые изменения.

Цель

Разработать установку, способную изменять условия обитания бактерий.

Задачи

  1. Разработать план, по которому будет происходить сборка самого продукта.
  2. Разработать систему, обеспечивающую изменение среды для контроля за ходом эксперимента.
  3. Удостоверится в эффективности продукта и его удобстве, проведя эксперимент с полным функционалом продукта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • чашка Петри,
  • дилютер,
  • электропечь,
  • датчик измерения температуры
  • набор специального ПО (Arduino IDE, Tinkercad для моделирования
  • Arduino Nano
  • LCD Дисплей
  • пластмассовый контейнер
  • соединительные провода
  • Агар-агар
  • емкость для жидкости
  • реле.

Описание

Было решено собирать образовательный набор на базе Arduino Nano, так как малый размер данной платы станет заметным плюсом при компактизации итогового продукта. Для программирования была установлена Arduino IDE, а также несколько библиотек.

Также было необходимо купить разные датчики, дисплей, чашку Петри, электроплиту и т. д.

Прежде всего необходимо было сделать коробку, в которой будут находиться все провода и соединения. Для безопасности Arduino было решено вынести в отдельную коробку. К крышке этой коробки была примонтирована розетка для будущего подключения электропечи.

Затем необходимо было сделать внутреннюю розетку для блока питания Arduino. Она же являлась проходной для провода, идущего к реле.

Потом нужно было завести провод и подключить реле в схему для работы с электропечью, мощность которой 220 В. Следующим шагом стало подключение LCD дисплея к Arduino с помощью протокола I2C. С его помощью осуществляется передача данных на монитор.

Затем в корпус была вмонтирована кнопка. Далее в чашке Петри необходимо было сделать отверстие для датчика, который используется с целью контроля за средой обитания микроорганизмов. С помощью алмазного сверла было проделано сквозное отверстие диаметром полсантиметра.

Следующим шагом стало дополнение и улучшение кода. В конечном варианте был добавлен алгоритм выключения и включения плиты в зависимости от показаний датчика температуры (если температура больше установленной, то нагрев прекращается, если меньше – то нагрев идёт.)

В рамках пробных запусков были проведены два эксперимента. Оба они были организованы с целью проверки прототипа, выявления неполадок или любых других проблем. Первый запуск показал полную работоспособность всех систем. Однако из-за неправильно подобранного состава питательной среды (кол-во воды в процентном соотношении оказалось слишком большим) в ходе инкубирования студенистая основа, на которой должны были вырасти бактерии, стала жидкой, что стало причиной прекращения эксперимента. В данный момент проходит второй запуск.

Результаты работы/выводы

  1. Цели проекта были достигнуты: создан набор, позволяющий изучать жизнедеятельность организмов и влиять на ход исследования.
  2. Были проведены тесты системы, показавшие её полную работоспособность в реальных условиях.
  3. Есть возможность улучшения проекта, например с помощью добавления датчиков.

Перспективы использования результатов работы

Естественным ходом для развития проекта будет внедрение в школы Москвы. Также можно провести улучшение продукта: увеличить количество факторов, влияющих на среду (изменять давление в чашке с помощью насоса или менять влажность, испаряя воду).