Лего блок строительный: Металлоформы лего блоков | М-Конструктор

Кадр из фильма LEGO Movie (2014).

Что такое новые строительные блоки Lego? Строительные магазины, преимущественно в Китае

Покупатели посещают новый флагманский магазин Lego в Пекине в день открытия в феврале. Lego Group … [+] расширяет свое присутствие в Китае, и к концу этого года у них будет более 140 магазинов.(Фото Чжан Бяо / Visual China Group через Getty Images)

Компания Lego построила свою глобальную империю игрушек на пластиковых кубиках. Теперь ставка делается на кирпичи и раствор.

Датский гигант игрушек добавляет физические магазины, чтобы стимулировать рост, и вкладывает значительные средства в рынки Китая и других развивающихся стран.

Эксперты по игрушкам говорят, что генеральный директор Нильс Кристиансен создает стек строительных блоков для умной стратегии, но, как только что открытая коробка Lego, содержащая новый Имперский разрушитель из звездных войн, состоящий из 4784 деталей, пройдет некоторое время, прежде чем будет достигнут конечный результат. видимый.

Lego, сообщая о результатах за первое полугодие, заявила на прошлой неделе, что, хотя глобальные потребительские продажи выросли на 5%, а выручка выросла на 2%, с поправкой на колебания валютных курсов, чистая прибыль снизилась на 12% из-за «значительных инвестиций». в долгосрочном росте ».

Эти инвестиции включают открытие 160 магазинов по всему миру в этом году. Половина этих новых магазинов — 80 — будет в Китае, в результате чего их общее количество в этой стране превысит 140 магазинов.

Используя эту стратегию, Lego мыслит как вертикально — инвестируя в магазины, где она контролирует свое распространение, так и глобально — смещая акцент с низкорастущих стран Северной Америки и Западной Европы на такие рынки, как Китай и Индия.

Lego будет иметь почти 600 магазинов к концу этого года, что даст ему больше возможностей для демонстрации своей продукции и создания клиентского опыта, а также защитит его от таких ударов, как банкротство и ликвидация компании Toys ‘R’ Us, а также другие виды розничной торговли. неудачи.

Премиум-бренды, такие как Lego, все чаще открывают собственные магазины, чтобы контролировать отношения с покупателем и удерживать прибыль от продаж, — сказал Джеральд Сторч, генеральный директор консалтинговой фирмы Storch Advisors и бывший руководитель крупных розничных компаний. , в том числе Toys ‘R’ Us, где он был председателем и генеральным директором с 2006 по 2013 год.

«У Lego есть магазины уже несколько лет, но они, похоже, укрепляют свою приверженность этому направлению», — сказал он.

По словам Сторча, брендирование магазинов Lego в Китае — разумный шаг по нескольким причинам.

«Что касается игрушек, то бренды должны идти туда, где наблюдается рост, и самый быстрый рост явно наблюдается в Азии», — сказал он.

В Китае покупка в магазине Lego избавляет от страха перед подделкой. «Одна из вещей, которую любят китайские покупатели, когда они покупают товар в магазине Lego, — это то, что они знают, что это не подделка.Потому что рынок в Китае полон контрафактных товаров », — сказал Сторч.

Но стратегия строительства магазинов сопряжена с некоторыми рисками, добавил он.

«С вертикализацией они также несут всю структуру затрат на распространение, включая всю арендную плату в этих магазинах», — сказал он. «Пока бренд популярен и люди этого хотят, тогда это хорошая ставка, но если они споткнутся, арендная плата становится якорем и огромной проблемой».

Он считает, что Lego сейчас находится в хорошей позиции, чтобы пойти на такой риск, несмотря на некоторые спотыкания в прошлом.«Это уже не просто кирпичи. Это тематический продукт, как собственный, так и лицензионный. Похоже, они усвоили урок и занимают очень сильное место на мировой арене », — сказал он.

В июле покупатели выстраиваются в очередь перед новейшим флагманским магазином Lego в Китае, в Шанхае. (Фото… [+] Alex Tai / SOPA Images / LightRocket через Getty Images)

Ричард Готтлиб, генеральный директор Global Toy Experts и издатель Global Toy News, говорит, что Lego вкладывает свои обычные деньги в нужное место, стремясь открыть больше магазинов в Китае.

«Китай — единственное место в мире, где, я думаю, мы увидим значительный рост потребителей из-за огромного количества детей», — сказал Готлиб.

Китайских потребителей продемонстрировали, что они любят бренд Lego и любят покупать напрямую из Lego, сказал Готлиб. Он участвовал в форуме индустрии игрушек в Китае, где китайские участники сказали, что китайские потребители будут стесняться владеть игрушечными кубиками, которые не являются кубиками Lego. «Это показало любовь и уважение к брендам китайцев, а также хорошую работу, которую проделал Lego», — сказал он.

У Lego больше, чем у многих других брендов, есть много причин любить кирпич и строительный раствор, сказал Джим Сильвер, ветеран индустрии игрушек и генеральный директор сайта с обзорами игрушек TTPM.

По его словам, магазины — это места, где Lego может продемонстрировать бренд и продемонстрировать более широкий ассортимент своей продукции, чем в Walmart или Target.

«Многие потребители Lego — коллекционеры. Они ищут изделия, которые могут не продаваться в тех объемах, которые нужны розничным продавцам », — сказал Сильвер.«Если вы обратитесь к крупным розничным торговцам, они продают только часть линейки Lego.

Lego уже добилась успеха в своих магазинах в Китае и других странах Азии, и все крупные производители игрушек пытаются увеличить свои продажи там, поскольку важность рынка США снижается.

«Если вернуться на 10 лет назад, 70–75% бизнеса приходилось на Соединенные Штаты. Сейчас, когда глобальный рынок расширился, для крупных компаний Соединенные Штаты составляют 50% или меньше их общего бизнеса », — сказал Сильвер.

Открытие флагманского магазина Lego в Пекине в феврале собрало толпы покупателей. (Фото Visual … [+] Китайская группа через Getty Images / Visual China Group через Getty Images)

Lego также инвестирует в виртуальные строительные блоки, такие как линия дополненной реальности Hidden Side, которая позволяет детям использовать смартфоны, чтобы видеть и ловить призраков, населяющих игровые наборы, которые они построили из кубиков Lego.

«По сути, Pokemon Go встречает Lego», — сказал Сильвер.По его словам, игра с дополненной реальностью обновляется ежемесячно при разумном использовании технологий. «Они взяли строительный набор и добавили в него много игры».

Компания Lego, которая недавно отметила 60-летие своих культовых пластиковых кирпичей, имеет проверенный опыт построения бренда.

Но точно так же, как когда вы строите замок Хогвартс из более чем 6000 деталей, Кристиансену и его команде нужно будет убедиться, что они заложили правильный фундамент, набраться терпения и продолжать соединять части, даже если конечный результат не сразу виден.

Lego: строительные блоки воображения | Искусство и дизайн

Lego — это глина современного мира, материал для творчества. Вы можете придавать ей форму, изменять ее, создавать миры и разбивать их, чтобы заменить их новыми идеями. Это вечный двигатель детской фантазии.

Сегодняшнее Лего сильно отличается от Лего, которым я играл, когда мне было восемь лет. Для таких взрослых, как я, которые выросли с простыми кубиками Lego и без инструкций, просто с общедоступными, наборы, которые теперь ослепляют в своих ярких впечатляющих коробках, требуют некоторой адаптации.Пуританин может быть обеспокоен тем, что новое рождественское Лего этого года воссоздает фильм «Хоббит» в еще одном дополнении к репертуару популярной культуры, который включает в себя Lego Супергероев Marvel и неизменно популярную серию «Звездных войн».

Датский производитель игрушек безжалостен в своем стремлении к массовым развлечениям. Гарри Поттер Лего был основным продуктом — до тех пор, пока серия фильмов не закончилась. Этим летом он внезапно исчез из магазинов. Мне пришлось пойти в студию Гарри Поттера, чтобы сесть на рыцарский автобус.

Шина крутая, правда.Фиолетовый Лего! И он сочетается друг с другом таким образом, что при падении или иным образом в жестких условиях игры три этажа автобуса аккуратно разделяются и могут быть легко повторно соединены. Это набор, игрушка и стимул к рассказыванию историй.

Не сомневайтесь в творческой ценности современного Лего. Изготовление этих наборов — не фетишистское, бесплодное занятие — дети так не думают. Скорее, амбиции наборов вдохновляют детей стремиться высоко с их собственным сумасшедшим дизайном — сценарии Lego стимулируют изобретательскую игру.Дети могут рассказывать истории с помощью Lego, наделять фантастические мини-фигурки именами и персонажами и строить то, что им нравится, после того, как модели распадаются. Прежде всего, в Lego есть что-то от природы юмористическое.

Но разве это искусство? Это определенно учит чему-то об искусстве. Как трехмерный блокнот, Lego позволяет рисовать яркими красками. Он «виртуальный», но настоящий и прочный. У него есть практические пределы и возможности, которые необходимо уважать, одновременно обучая тому, что каждый может создать что угодно.Вы можете быть репрезентативным художником Lego, скрупулезно следуя инструкциям и создавая точные модели, или абстрактным. Это действительно раскрепощающий материал: смена облика, метаморфизм. А теперь я собираюсь поиграть с этим.

Экологичная альтернатива LEGO — эти строительные блоки, полностью вырезанные из дерева

Классические игрушки, такие как строительные блоки LEGO, никогда не выходят из моды. Быстрый поиск в Google даже доказывает, что существует целая сеть интернет-магазинов, посвященных продаже и покупке редких коллекционных вещей.На рынке представлен один стандартный кубик LEGO 2 × 4, полностью сделанный из золота, с твердой запрашиваемой ценой чуть менее 15 000 долларов — каждому свое. Затем есть Mokulock, альтернативный тип строительного блока. Вырезанный полностью из древесины экологически чистых источников и несовместимый с пластиковыми строительными блоками, Mokulock работает так же, как и кубики LEGO, но находится на несколько шагов впереди на пути к экологически безопасному производству игрушек.

Исходя из любви к деревьям и миру природы, дизайнер Mokulock распознал отходы, которые проявляются при прореживании леса, и решил использовать более мелкие деревья, которые слишком тонкие для архитектурных целей или изготовления мебели. Приоритет простоте и органической структуре по сравнению с блестящей окраской, строительные блоки Mokulock сохраняют свой первоначальный вид дерева без дополнительного отделочного масла, химической краски или клея. В то время как разные породы древесины, используемые для создания строительных блоков Mokulock, различаются, отшлифованная поверхность, которая обещает мягкость на ощупь и отсутствие сколов, гарантирована. В настоящее время Mokulock использует древесину из японской вишни, японской зелки, японской крупнолистной магнолии, березы, граба и клена для производства своих строительных блоков, которые обеспечивают различные текстуры и оттенки древесины для проектов строительства с плавным градиентом или цветными блоками.

Mokulock изначально создавался как средство сохранения и устойчивого развития, но древесина, используемая при производстве этих строительных блоков, также дает некоторые интеллектуальные преимущества для пользователя. В дополнение к поддержке усилий, которые обеспечивают экологичную альтернативу любимой во всем мире игрушке, Mokulock использует мягкое ощущение дерева, чтобы помочь повысить творческий потенциал, стабилизировать вегетативные нервы за счет снижения кровяного давления, отрегулировать ненормальный пульс и в целом успокоить нервы. .Опять же, нам не нужны исследования, чтобы напомнить нам о комфорте, который приходит, когда мы погружаемся в природу и замечаем прочность окружающих ее деревьев, успокаивающий запах свежепиленной древесины и теплое ощущение коры дерева.

Дизайнер: Мокулок

Благодаря естественной окраске дерева Mokulock предлагает своим строительным блокам широкий спектр оттенков.

Естественная цветовая гамма камуфляжа достигается за счет меняющегося естественного градиента строительных блоков Mokulock.

Так же, как строительные блоки LEGO, кубики Mokulock можно использовать для создания крупномасштабных трехмерных сцен или небольших конструкций, таких как автомобили или миниатюрные пирамиды.

Mokulock избегает использования каких-либо отделочных масел, химических красок или клея при изготовлении своих строительных блоков, чтобы сохранить органическую отделку.

На некоторых строительных блоках Mokulock выгравированы причудливые сцены и персонажи, которые дети могут интегрировать в свои здания.

60 лет конструкторам Lego и датскому закону о патентах

Ниже приводится гостевой пост Элин Хофверберг, которая освещает скандинавские юрисдикции в Юридической библиотеке Конгресса.Предыдущие посты Элин включают в себя «Финляндия: 100 лет независимости — основные моменты всемирной правовой коллекции», «Воля Альфреда Нобеля: юридический документ, который мог изменить мир и наследие человека», «Шведский приказ о заключении в отношении Джулиана Ассанжа», «Король-маскарад и регулирование танцев в мире». Швеция, Торговое эмбарго за шведским саамским рынком Йоккмокк и 250 лет свободы прессы в Швеции.

Шестьдесят лет назад, 28 января 1958 года, Годфред Кирк Кристиансен подал в Данию заявку на патент на конструктивный блок игрушки Lego.Благодаря патенту Lego Group — производитель блоков Lego — стала одним из крупнейших производителей игрушек в мире.

Немецкий рекламный ролик, предположительно 1958 года, демонстрирует, как из кубиков Lego можно построить миниатюрный игрушечный домик всего за 1,75 немецкой марки. Перенесемся на 60 лет вперед, и в 2017 году вы могли бы выиграть ночь в доме из лего в натуральную величину. Конечно, блоки Lego используются не только для строительства домов. Леголенд в Дании — показательная страна семейных приключений, построенная в 1968 году, — отметит свое 50-летие 7 июня 2018 года.

Но вернемся к тому, с чего все началось — к патенту.

Датский Закон о патентах, действующий в январе 1958 г.

Закон о патентах № 192 1936 г., поправка к закону о патентах 1894 г., вступил в силу в январе 1958 г. и является частью нашей коллекции датских законов здесь, в Юридической библиотеке Конгресса.

Закон о патентах № 192 от 1936 г. Фото Элин Хофверберг.

Это Закон о патентах, который использовался для определения того, имеет ли г-н Кристиансен право на патент.Он предусматривает выдачу патентов на изобретения, которые могут быть использованы в промышленности, или если продукт может быть использован в промышленном производстве (§ 1). Заявление было привязано к плате — 25 датских крон (DKK) за первый год (§ 7).

Книги, включающие Датский закон о патентах. Фото Элин Хофверберг.

Фактически, Закон о патентах можно найти в четырех разных местах в фондах Юридической библиотеки:

• Lovtidende , , Датский вестник, содержит исходный текст всех патентных актов, включая исходный патентный закон 1894 года и все последующие поправки — ищите текст в томе за год внесения поправок.
• Juristens lovsamling — это менее полный сборник законов, но включает в себя наиболее важные законы, которые должен знать датский юрист, опубликованный датской ассоциацией юристов juristforbund (ассоциация юристов).
• Danmarks Love — это заголовок, который включает в себя все законы, действующие в данном году (опубликованные между 1927 и 1950 годами).
• Karnovs lovsamling представляет собой сборник законов, действующих в год публикации, и включает комментарии к ряду законов.

Излишне говорить, что коллекции Юридической библиотеки — настоящая сокровищница для исследователей-юристов. Почти всегда есть способ найти даже самый непонятный закон. Мне лично нравятся юридические книги, которые содержат законы, действующие в конкретный год, потому что они функционируют как юридические машины времени, давая представление о том, на что был похож правовой ландшафт в определенный момент времени.

Изменения в патентном праве в Дании

Оригинал Закона о патентах 1894 г. Фото Элин Хофверберг.

С 1958 г. датское патентное право претерпело ряд поправок и изменений. Сегодня Датский патентный закон основан на Европейской патентной конвенции, принятой в Дании в 2006 году.

Действующий датский патентный закон доступен в Интернете, а также в нашей коллекции по адресу Karnov lovsamling .

Датское ведомство по патентам и товарным знакам опубликовало на своем веб-сайте неофициальный перевод закона на английский язык.

Lego и мир международных патентов

Когда Lego подала свой первый патент на строительный блок в 1958 году, не было единого процесса подачи заявки на получение одного международного патента, сопоставимого с сегодняшней европейской патентной системой.В результате компания Lego за долгие годы накопила внутренние патенты во многих странах, в том числе патент США (№ 3005282), выданный в 1961 году.

Однако со временем срок действия патента Lego истек в ряде стран, включая США, Канаду и Данию. В результате представители Lego попытались найти другой способ защиты своего продукта, аргументируя это тем, что кирпич защищен законом о товарных знаках. Однако различные суды, включая Европейский суд и Верховный суд Канады, не согласились.Они обнаружили, что Lego пыталась использовать закон о товарных знаках, чтобы обойти патентный закон.

Хотя оригинальные детали Lego больше не защищены патентами, многие другие патенты Lego по-прежнему остаются в силе.

Если вы поклонник Lego, в Библиотеке Конгресса есть ряд книг, которые могут вас заинтересовать, в том числе:

Символ раздела и «игровые» буквы, сделанные из строительных блоков Lego. Фото и дизайн Элин Хофверберг.

Нога годт ! Играй хорошо!

кубиков LEGO® как строительные блоки для биологических сред сантиметрового размера: на примере растений

Abstract

Кубики LEGO — это коммерчески доступные соединяющиеся части из пластика, которые обычно используются в качестве игрушек.Мы описываем их использование для создания инженерной среды для биологических систем сантиметрового масштаба, в частности корней растений. В частности, мы используем уникальную модульность этих строительных блоков для создания недорогих, прозрачных, реконфигурируемых и хорошо масштабируемых сред для роста растений, в которых структурные препятствия и химические градиенты могут быть точно спроектированы для имитации почвы.

Образец цитирования: Линд К. Р., Сизмур Т., Беномар С., Миллер А., Кадемартири Л. (2014) LEGO ^® Кирпичи как строительные блоки для биологических сред сантиметрового масштаба: на примере растений.PLoS ONE 9 (6): e100867. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867

Редактор: Маттиас Риллиг, Свободный университет Берлина, Германия

Поступила: 4 апреля 2014 г .; Принята к печати: 31 мая 2014 г .; Опубликован: 25 июня 2014 г.

Авторские права: © 2014 Lind et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Авторы подтверждают, что все данные, лежащие в основе выводов, полностью доступны без ограничений. Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Работа финансировалась Университетом штата Айова за счет гранта для запуска LC. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Микрофлюидика [1] и другие инженерные среды [5], [6] могут создавать строго контролируемые микрометровые среды для изучения модельных систем организма (например, клеток млекопитающих). Однако ученые или инженеры, заинтересованные в управлении окружающей средой организмов сантиметрового масштаба (например, растений), имеют в своем распоряжении очень мало удобных инструментов [7], [8]. Эта нехватка частично объясняется высокими требованиями к дизайну, связанными с более крупными масштабами (например,г. , стоимость). Эта ответственность особенно очевидна при изучении растений и их корневых систем.

Развитие растений в почве — важный предмет исследования. Обеспечение продовольствием мирового населения находится под серьезным давлением (прогнозируется, что наши запасы продовольствия будут намного ниже спроса к 2050 году [9]) и зависят от корней растений [10] (97,6% мирового потребления калорий приходится на растения. [11]). Корни влияют на урожайность растения и на то, выдержит ли оно стрессы.Мы знаем, что на рост корней сильно влияет окружающая среда, почва, но наше механистическое понимание этих эффектов несовершенно [10], [12] и сильно ограничено техническими проблемами.

Развитие корня — сложный процесс для экспериментального изучения. (i) Растения обладают сильно изменчивой корневой системой, даже если они генетически идентичны [13]. (ii) Корни чрезвычайно чувствительны к различным раздражителям (например, к гравитации, свету, прикосновению, влаге, питательным веществам, кислороду, температуре, травмам, электрическим полям [14]). (iii) Любой объем почвы уникален и невозможно точно воспроизвести [15], [16]. (iv) Его неоднородность делает его непрозрачным для большинства форм излучения [17]. (v) Его структурные и химические характеристики (т.е. пористость, химический состав поверхности, градиенты питательных веществ, градиенты кислорода, объемный состав, почвенная биота) нельзя изменять независимо друг от друга.

Один из способов избежать этой сложности — охарактеризовать рост растений в беспочвенных средах, например, в гидрогелях, бумаге, стеклянных шариках, песке. Эти системы менее неоднородны и невоспроизводимы, чем почва, и могут быть изменены — обычно в ограниченной степени — для имитации таких свойств почвы, как химический состав [18], физическая структура [19], [20], доступность воды [21], показатель преломления. [22] или механическая прочность [23].Однако отсутствие модульности, универсальности, структурной точности и очень ограниченный контроль над структурными и химическими неоднородностями в этих системах сильно ограничивают тип, сложность и воспроизводимость экспериментов, которые они могут проводить. Микрожидкостные подходы предлагают захватывающие возможности для изучения корней растений, но они подвержены ограничениям по их пропускной способности и размеру растений, которые они могут содержать [4], [24], [25].

Здесь мы демонстрируем, что кубики LEGO — это очень удобные и универсальные строительные блоки для создания инженерной среды в сантиметровом масштабе для корней растений.Их модульность позволяет создавать среды с строго контролируемыми структурными и химическими неоднородностями, которые подходят для удобных количественных исследований воздействия окружающей среды на фенотипы растений [26].

Проектирование системы

Удобная экспериментальная платформа для изучения развития корневой системы в контролируемой среде должна удовлетворять строгому набору проектных ограничений. Кубики LEGO, задуманные и продаваемые как игрушки, удовлетворяют этим ограничениям.

Модульность

Модульные системы могут создавать множество структурно отличных сред из нескольких различных компонентов. Возможности могут быть добавлены или удалены без восстановления всей экспериментальной установки. Конструкции LEGO имеют модульную конструкцию. Наименьшие кирпичи 8 x 8 x 6 мм. Самые большие из них 48 x , 8 x 50 мм. Количество различных структур, которые можно сделать с помощью этих агрегатов, ошеломляет: шесть одинаковых кирпичей могут образовывать почти миллиард различных структур [27].

Масштабируемость

Конфайнмент может повлиять на физиологию организма [28]. Возможность создавать экспериментальные платформы различных размеров позволяет исследователям изучать любые растения и их ансамбли.Структуры LEGO можно легко масштабировать для размещения различных видов растений: самая маленькая замкнутая среда, которую можно создать из кубиков LEGO, имеет объем 0,35 см ³ , и теоретически возможно создать структуры LEGO, способные вместить самые большие виды растений.

Конструктивно точная

Корни чувствительны к физической структуре окружающей их среды. Например, для изучения тигмотропизма корня (реакции корня на прикосновение) требуются структуры точного размера и формы.Формы, используемые для производства кирпичей LEGO, имеют точность в пределах 5 мкм [29], что сопоставимо с диаметром корневого волоска и разрешением 3D-печати (минимальная толщина слоя составляет ∼50 мкм в некоторых из лучших современных моделей). .

Возможность повышения уровня сложности

Хорошая модельная система позволяет контролируемое введение экспериментальных переменных. Кирпичи LEGO можно использовать, как показано ниже, для создания физических барьеров, воздушных карманов, химических градиентов и соединительных камер для управления средой роста растения.

Простота

Простые настройки снижают риск систематических ошибок, вызванных оператором. В отличие от микрофлюидных подходов, сборка конструкций из кубиков LEGO не требует технической подготовки, поэтому студенты бакалавриата могут проводить эксперименты с заводами на основе кубиков LEGO с первого дня в лаборатории. Простые эксперименты, демонстрирующие фундаментальные принципы роста растений (например, тропизмы) или поощряющие экспериментальное творчество, могут проводиться школьниками всех возрастов на уроках естествознания [30].

Воспроизводимость

Экспериментальные платформы для корней растений (например, песчаные колонны, ризотроны, горшки с раздвоенными корнями) обычно изготавливаются с нуля. Их воспроизводимость между лабораториями или на разных континентах не может быть гарантирована. Уникальным преимуществом кубиков LEGO является то, что кубики, купленные отдельными партиями, по сути идентичны и совместимы друг с другом в обратном и прямом направлении. Эксперименты, созданные из кубиков LEGO, можно точно воспроизвести в любой точке мира.

Доступность

Чем дороже каждый эксперимент, тем меньше экспериментов можно провести с ограниченными ресурсами.Этот факт особенно важен для развивающихся стран [31] и в исследовательских областях, таких как растениеводство, где пропускная способность является важным параметром. Отдельные кубики LEGO стоят от 0,10 до 1 доллара США и продаются по всему миру. Конструкция LEGO, способная выращивать растения, стоит 3,1 доллара и может использоваться повторно: некоторые кубики LEGO в нашей лаборатории почти постоянно используются в течение двух лет.

Высокая пропускная способность

Возможность проводить большое количество экспериментов одновременно имеет важное значение для установления, например, отношений генотип-окружающая среда-фенотип [32].Конструкцию LEGO, подобную показанной на рисунке 1, можно собрать менее чем за минуту.

Рис. 1. Схема процесса проведения эксперимента по выращиванию растений с использованием кубиков LEGO в качестве строительных блоков.

Тот же процесс можно использовать для создания прототипов и изготовления других биологических экспериментов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867.g001

Прозрачность

Двадцать восемь различных кубиков LEGO изготовлены из прозрачного поликарбоната, из которых можно собирать прозрачные конструкции для мониторинга корней растений в реальном времени с течением времени.

Автоклавируемый

Культуры тканей требуют стерильных условий. Прозрачные кирпичи LEGO (за исключением больших базовых пластин) можно автоклавировать из-за их поликарбонатного состава: они по-прежнему подходят друг к другу так же, как и до автоклавирования, и остаются прозрачными после более чем 50 циклов автоклавирования. Непрозрачные кирпичи LEGO изготовлены из блок-сополимера акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) и могут быть стерилизованы этанолом или отбеливателем.

Трехмерность

В то время как 2D-платформы предлагают значительные преимущества с точки зрения визуализации и практичности [33], 3D-носители более репрезентативны для естественной среды корней [34].Кубики LEGO позволяют создавать почти произвольные трехмерные конструкции.

Химическая инертность

Законодательные стандарты гарантируют безопасность детей от кубиков LEGO, продаваемых в США и ЕС. Эти стандарты включают максимальные уровни растворимости токсичных или опасных веществ.

Совместимость с существующими средами роста

Инструменты, которые интегрируются с существующими экспериментальными платформами, часто оказываются наиболее полезными. Модульность структур LEGO позволяет им интегрироваться с лабораторными протоколами. E.g., конструкции LEGO могут удерживать гель, бусинки, песок, почву, элементы, напечатанные на 3D-принтере, или быть структурно точными элементами в других установках [35].

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 показана блок-схема проектирования, сборки, разборки и повторной сборки эксперимента на основе кубиков LEGO. Веб-сайт LEGO Group (www.lego.com) предоставляет бесплатное программное обеспечение (LEGO Digital Designer, LDD) для проектирования конструкций в стиле САПР с использованием любого доступного кубика LEGO. Программа выводит пошаговое руководство по сборке и список необходимых деталей.Отдельные кубики можно приобрести в разделе «Выберите кирпич» на сайте www.lego.com или в других торговых точках (например, в местных магазинах LEGO, EBay). Стерилизацию кубиков LEGO можно проводить до или после сборки. Сохранение стерильности требует, чтобы конструкция содержалась в стерильном контейнере в ходе эксперимента.

Простейший пример среды для прорастания и роста растений на основе кубиков LEGO показан на рисунке 1. Кубики LEGO собраны в контейнер, содержащий среду для роста корней, на которой прорастают и выращивают семена: Рисунок 1, например, показывает Brassica rapa , Wisconsin Fast Plant, Astroplant, dwf1 , растущий на прозрачном гидрогеле, геллановой камеди.Хотя гелевые среды для роста корней очень часто используются в экспериментах [26], они не являются лучшими имитаторами почвы: архитектура корней, выращенных в гомогенной среде, не будет соответствовать архитектуре растений, выращиваемых в реальной почве [36]. Однако гелевые среды позволяют нам продемонстрировать три основные возможности биологических сред на основе LEGO: их способность удерживать жидкости, их совместимость с наблюдениями в реальном времени и анализом корневой структуры, а также их использование для создания реконфигурируемых сред, включающих контролируемые неоднородности. Кроме того, среды LEGO не ограничиваются гелевыми средами: среда, показанная на рисунке 1, может содержать другие среды по выбору, например, песок, перлит, почву.

Поскольку конструкции, построенные из кирпичей LEGO, не являются водонепроницаемыми, их использование для удержания гелей требует некоторых хитростей (подробности см. В разделе «Вспомогательная информация» и в фильме «S1» для демонстрации). Конструкцию LEGO необходимо охладить в морозильной камере, прежде чем налить в нее холодный гелевый раствор непосредственно перед застыванием. При таком подходе утечка гелевого раствора была минимальной.Эти базовые условия можно легко масштабировать в соответствии с размерами рассматриваемого организма и временем, в течение которого организм может расти. На рисунках 2a, 2b и 2c показано использование кубиков LEGO для создания контейнеров с очень разными размерами (5 × 5 × 5 см, 10 × 10 × 5 см и 20 × 20 × 10 см) для выращивания Fast Plants. Triticum polonicum (пшеница) и Zea mays (кукуруза).

Рис. 2. Универсальность, прозрачность и модульность сред LEGO для выращивания растений.

a-c) изображения основных сред на основе LEGO, где выращиваются быстрые растения, пшеница и кукуруза. Размер окружающей среды можно контролировать в соответствии с размером рассматриваемого организма. г) Таймлапс-визуализация развития корня Lepidium sativum через стены окружающей среды на основе LEGO. На изображениях указано время, прошедшее с момента прорастания. д) Примеры системы на основе LEGO, которая позволяет динамически изменять окружающую среду растения. Два растения (Fast Plants) выращивают в изолированной среде.Затем во время роста среда изменяется, чтобы два растения могли использовать одну и ту же среду и взаимодействовать.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867.g002

Прозрачность и плоские стенки кубиков LEGO позволяют получать качественные изображения развития корневой системы в реальном времени. На рис. 2d показано покадровое изображение корней Lepidium sativum (кресс-салат) в течение 48 часов после прорастания в среде на основе LEGO. Это растение было выбрано из-за его относительно тонких корней (толщиной ~ 350 мкм), которые было бы трудно отобразить в плохо прозрачной системе.

Обратимый характер механической связи между кирпичами обеспечивает две важные возможности: создание реконфигурируемой биологической среды и строго контролируемых неоднородностей (например, твердых препятствий, воздушных карманов и градиентов химической и почвенной биоты) в однородной среде роста. . Рисунок 2e демонстрирует реконфигурируемую среду роста растений. Два Fast Plants выращивали в геле в отдельных контейнерах, собранных на одной базовой пластине. Кирпичные стены LEGO, разделяющие два контейнера, были сняты и преобразованы в один контейнер большего размера.Затем объем, разделяющий два растения, был заполнен большим количеством геля, соединяющим два растения по текучей среде. Рисунок 3 демонстрирует создание контролируемых неоднородностей в гомогенной гелевой среде для роста растений с помощью простой стратегии шаблонов, заимствованной из «инструментария» материаловедения. Желирующую смесь выливали в форму на основе LEGO. Элементы на основе LEGO в форме можно использовать в качестве твердых неоднородностей для изучения физического взаимодействия корней растений с твердыми объектами (тигмотропизм).После гелеобразования формы на основе LEGO можно было удалить, оставив после себя точно расположенные воздушные карманы, которые служили бы источниками градиентов кислорода в геле. Эти карманы затем могут быть повторно заполнены гидрогелем, содержащим желаемое химическое вещество, для создания точно позиционированных одномерных (рис. 3, нижняя левая панель) или двумерных (рис. 3, нижняя правая панель) градиентов питательных веществ. Вышеупомянутый процесс может быть объединен для создания сред с твердыми неоднородностями, воздушными карманами (то есть градиентами кислорода) и химическими (например.g., питательные вещества, токсины, сигнальные молекулы) одновременно (см. Приложения S1).

Рисунок 3. Изготовление контролируемых неоднородностей в среде роста растений.

Последовательность диаграмм и соответствующих изображений, иллюстрирующих создание одномерных и двухмерных неоднородностей (твердые элементы, воздушные карманы и химические градиенты) в развивающейся корневой системе быстрого растения. На нижних панелях красный линейный градиент относится к питательным веществам MS (краситель добавлен для наглядности), а радиальные градиенты относятся к фосфату калия (зеленый), нитрату калия (желтый), хлориду кальция (красный) и сульфату магния (синий). ).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867.g003

Выводы

В итоге мы продемонстрировали, что окружающая среда на основе LEGO может (i) масштабироваться до размера рассматриваемого организма, (ii) обеспечивать мониторинг корневых систем в реальном времени в 3D, окружающая среда организма во время его развития, и (iv) генерировать точно контролируемые неоднородности (например, твердые барьеры, воздушные карманы, градиенты химической и почвенной биоты) в однородной среде для выращивания.

В этой рукописи также предлагается более широкая концепция: использование многоразовых и механически связанных строительных блоков для создания биологической среды для организмов и систем организмов сантиметрового масштаба. Модульные и многоразовые строительные блоки могут облегчить проблемы, связанные с крупномасштабными экспериментами в области науки о растениях, обеспечивая при этом новые возможности (например, контролируемые неоднородности, реконфигурируемую среду) для изучения воздействия окружающей среды на развитие биосистем.Кроме того, эта концепция предоставляет химикам-материалам и инженерам две стимулирующие возможности: (i) творчески участвовать в синтезе или разработке все более способных биологических сред сантиметрового масштаба для важных организмов, таких как растения, и (ii) использовать эти среды для тестирования гипотеза относительно растений, совместимых с их набором навыков. Замечательные возможности заключаются в расширении нашего подхода на химически синтезированные кирпичи, LEGO-совместимые кирпичи и объекты, напечатанные на 3D-принтере, а также коммерческие кирпичи от других производителей. Наша лаборатория представит набор интегрированных инструментов для создания скромных, но сложных [37] сантиметровых сред для изучения растений и других организмов [35].

Дополнительная информация

Приложения S1.

Материалы, методы и процедуры для создания (i) базовых сред на основе LEGO, (ii) сред на основе LEGO с линейными химическими градиентами, (iii) сред на основе LEGO с цилиндрическими химическими градиентами, (iv) большего масштаба Среда на основе LEGO.Демонстрация среды на основе LEGO, сочетающей контролируемые препятствия, воздушные карманы и несколько химических градиентов. Расчет минимально возможной среды на основе LEGO. Ограничения, открытые вопросы и неудачные эксперименты.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867.s001

(PDF)

Рисунок S5.

Фотография трехмерной среды для роста растений на основе кубиков LEGO с тремя различными типами неоднородностей: сплошным барьером (вверху слева), воздушным карманом (внизу справа) и двумя различными цилиндрическими химическими градиентами (вверху справа и внизу слева).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0100867.s006

(TIF)

Благодарности

Мы благодарим доктора Кулота В. Шаджеша за ценные обсуждения и Уильяма Рекемейера за помощь в лаборатории.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: LC. Проведены эксперименты: ХРЛ ЦС СБ АМ. Проанализированы данные: TS LC. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: LC. Участвовал в написании рукописи: LC TS SB KRL.

Список литературы

1. 1. Хульме С.Е., Шевкопляс С.С., Апфельд Дж., Фонтана В., Уайтсайдс Г.М. (2007) Микросхема зажимов для иммобилизации и визуализации c-elegans. Лабораторный чип 7: 1515–1523.
2. 2. Lucchetta EM, Lee JH, Fu LA, Patel NH, Ismagilov RF (2005) Динамика сети формирования паттерна эмбрионов дрозофилы, возмущенная в пространстве и времени с помощью микрофлюидики. Природа 434: 1134–1138.
3. 3. Lutolf MP, Hubbell JA (2005) Синтетические биоматериалы как инструктивные внеклеточные микросреды для морфогенеза в тканевой инженерии. Nat. Биотехнология 23: 47–55.
4. 4. Parashar A, Pandey S (2011) Растение в чипе: микрофлюидная система для изучения роста корней и патогенных взаимодействий у арабидопсиса. Прил. Phys. Lett. 98.
5. 5. Derda R, Laromaine A, Mammoto A, Tang SKY, Mammoto T и др. (2009) 3D-культура клеток на бумажной основе для тканевых биоанализов. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 106: 18457–18462.
6. 6. Tibbitt MW, Anseth KS (2009) Гидрогели как имитаторы внеклеточного матрикса для культуры 3d-клеток.Biotechnol. Bioeng 103: 655–663.
7. 7. Кларк К.А., Крысан П.Дж. (2007) Протокол: усовершенствованный высокопроизводительный метод создания образцов ткани в 96-луночном формате для генотипирования растений (ice-cap 2.0). Заводские методы 3.
8. 8. Крысан П (2004) Ледяная шапка. Высокопроизводительный метод сбора образцов тканей растений для анализа генотипов. Физиология растений 135: 1162–1169.
9. 9. Ray DK, Mueller ND, West PC, Foley JA (2013) Тенденции урожайности недостаточны для удвоения мирового производства сельскохозяйственных культур к 2050 году. PLoS ONE 8.
10. 10. Линч Дж. (1995) Корневая архитектура и продуктивность растений. Физиология растений 109: 7.
11. 11. ФАО (2009) Продовольственные балансы. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций.
12. 12. де Дорлодот С., Форстер Б., Пажес Л., Прайс А., Тубероза Р. и др. (2007) Архитектура корневой системы: возможности и ограничения для генетического улучшения сельскохозяйственных культур. Trends Plant Sci 12: 474–481.
13. 13. Султан С.Е. (2000) Фенотипическая пластичность для развития, функции и жизненного цикла растений.Trends Plant Sci 5: 537–542.
14. 14. Гилрой С., Массон PH (2008) Тропизмы растений: онлайн-библиотека Wiley.
15. 15. Нунан Н., Ву К., Янг И.М., Кроуфорд Дж. В., Ритц К. (2002) Пространственные структуры популяций почвенных бактерий in situ, нанесенные на карту в различных масштабах, в пахотной почве. Microb. Экол 44: 296–305.
16. 16. Янг И.М., Кроуфорд Дж. В. (2004) Взаимодействия и самоорганизация в комплексе почва-микроб. Наука 304: 1634–1637.
17. 17. Трейси С.Р., Робертс Дж. А., Блэк С. Р., Макнил А., Дэвидсон Р. и др.(2010) X-фактор: Визуализация ненарушенной корневой архитектуры в почве с помощью рентгеновской компьютерной томографии. J. Exp. Bot 61: 311–313.
18. 18. Чжан Х., Форде Б.Г. (1998) Ген-бокс у арабидопсиса, который контролирует вызванные питательными веществами изменения в архитектуре корня. Наука 279: 407–409.
19. 19. Bengough AG, Hans J, Bransby MF, Valentine TA (2010) Piv как метод количественной оценки роста клеток корня и смещения частиц на конфокальных изображениях. Microsc. Res. Techniq 73: 27–36.
20. 20. Massa GD, Gilroy S (2003) Touch модулирует ощущение силы тяжести, чтобы регулировать рост первичных корней Arabidopsis thaliana. Завод J 33: 435–445.
21. 21. Эммерих В., Хардегри С. (1991) Прорастание семян в растворе полиэтиленгликоля: эффекты исключения фильтровальной бумаги и потери водяного пара. Crop Sci 31: 454–458.
22. 22. Дауни Х., Холден Н., Оттен В., Спайерс А.Дж., Валентайн Т.А. и др. (2012) Прозрачный грунт для визуализации ризосферы.PLoS ONE 7: e44276.
23. 23. Whalley WR, Dodd IC, Watts CW, Webster CP, Phillips AL, et al. (2013) Генотипические вариации способности корней пшеницы проникать в слои воска. Почва для растений 364: 171–179.
24. 24. Grossmann G, Guo WJ, Ehrhardt DW, Frommer WB, Sit RV и др. (2011) The rootchip: интегрированный микрофлюидный чип для науки о растениях. Растительная клетка 23: 4234–4240.
25. 25. Мейер М., Луккетта Е.М., Исмагилов Р.Ф. (2010) Химическая стимуляция корня арабидопсиса thaliana с использованием многоламинарного потока на микрофлюидном чипе.Лабораторный чип 10: 2147–2153.
26. 26. Фиорани Ф., Шурр У. (2013) Будущие сценарии фенотипирования растений. В: Торговец СС, редактор. Ежегодный обзор биологии растений, том 64. Пало-Альто: Ежегодные обзоры. С. 267–291.
27. 27. Абрахамсен М., Эйлерс С. (2011) Об асимптотическом перечислении структур lego. Exp. Математика 20: 145–152.
28. 28. Poorter H, Bühler J, van Dusschoten D, Climent J, Postma JA (2012) Размер горшка имеет значение: метаанализ влияния объема укоренения на рост растений.Функциональная биология растений.
29. 29. Группа LEGO (2013) Профиль компании группы LEGO.
30. 30. Макнамара С., Сир М., Роджерс С., Братцель Б. (1999) Скульптуры из кубиков Lego и робототехника в образовании. Ежегодная конференция ASEE.
31. 31. Whitesides G (2012) Экономный путь: обещание науки, ориентированной на затраты. The Economist: Мир в 2012 году.
32. 32. Инграм П.А., Чжу Дж., Шариф А., Дэвис И.В., Бенфей П.Н. и др. (2012) Высокопроизводительная визуализация и анализ архитектуры корневой системы brachypodium distachyon в условиях различной доступности питательных веществ. Филос. T. R. Soc.B 367: 1559–1569.
33. 33. Balvin M, Sohn E, Iracki T, Drazer G, Frechette J (2009) Направленная синхронизация и роль необратимых взаимодействий в детерминированном гидродинамическом разделении в микрофлюидных устройствах. Phys. Rev. Lett. 103.
34. 34. Pampaloni F, Reynaud EG, Stelzer EH (2007) Третье измерение устраняет разрыв между культурой клеток и живой тканью. Nat. Rev. Mol. Cell Biol 8: 839–845.
35. 35. Sizmur T, Lind KR, Benomar S, VanEvery H, Cademartiri L (2014) Простая и универсальная двухмерная платформа для изучения прорастания и роста растений в условиях контролируемой влажности.PLoS ONE 9: e96730.
36. 36. Hargreaves C, Gregory P, Bengough AG (2009) Измерение характеристик корней у проростков ячменя (hordeum vulgare ssp. Vulgare и ssp. Spontaneum) с использованием гелевых камер, почвенных мешков и рентгеновской микротомографии. Почва растений 316: 285–297.
37. 37. Whitesides GM (2013) Круто или просто и дешево? Почему не оба? Лабораторный чип 13: 11–13.