Mikrotsentrifuug Avatud biomeditsiiniseade: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

See on käimasolev projekt, mida ajakohastatakse kogukonna toel ning täiendavate uuringute ja juhendamisega

Selle projekti eesmärk on luua avatud lähtekoodiga, modulaarseid laboriseadmeid, mida on lihtne transportida ja mis on valmistatud odavatest osadest, et aidata diagnoosida haigusi kaugetes ja madala infrastruktuuriga piirkondades

See on käimasolev avatud lähtekoodiga projekt, mille eesmärk on pakkuda meditsiiniseadmetele modulaarset platvormi, mida saab hõlpsasti muuta ja laiendada madala hinnaga

Esialgsed kujundused on mõeldud modulaarsele akule ja alalisvoolumootorile ning mikrotsentrifuugile

Ta otsib veebipõhise avatud lähtekoodiga kogukonna abi, et aidata toe, muutmise ja edasiste kujunduste tegemisel, et vastata kaug- ja maapiirkondade tervishoiutöötajate individuaalsetele vajadustele

LAHTIÜTLUSTUS: Projekt on alles projekteerimise ja funktsionaalsuse testimisel ning ei sobi veel ühelegi diagnostiliseks ega kliiniliseks kasutamiseks. Elektroonika ja mootorid tuleb kokku panna ja kasutada lugejate omal vastutusel

Samm: probleemide ja kujunduse avaldused

Probleemipüstituses:

Juurdepääsu puudumine haiguste diagnoosimisel ja ravil abistavatele labori- ja kliinilistele seadmetele toob kaasa paljude välditavate surmajuhtumite kõrvalistes ja madala infrastruktuuriga piirkondades. Täpsemalt, ligipääsu puudumine usaldusväärsetele tsentrifuugidele võtab tervishoiutöötajatelt olulise vahendi võitluses vere kaudu levivate patogeenidega, nagu AIDS ja malaaria.

Disainilahendus: kavandada mikrotsentrifuug, modulaarne aku ja alalisvoolumootor, et aidata diagnoosida ja ravida vere kaudu levivate patoloogiate (patogeenid ja parasiidid) põhjustatud haigusi. Kasutades elujõulisi lisandite valmistamise meetodeid, püüab see disain parandada elupäästvate tehnoloogiate teisaldatavust ja vähendada majanduslikke tõkkeid.

2. samm: disaini põhjendus:

Selle disaini eesmärk on toota mikrotsentrifuugi, mis sobib maapiirkondades asendamiseks, kasutades töölaua FDM 3D -printimist, laserlõikust ja hobiklassi elektroonikat. Seda tehes loodetakse, et seade on kättesaadav paljudele tervishoiutöötajatele, kellel on erinev juurdepääs ressurssidele.

Tsentrifuugi rootori projekteerimisel (disainilahenduse osa, mis hoiab katseklaase):

Proovide eraldamiseks vajalik G-jõud sõltub soovitud proovitüübist, keskmine jõud vere eraldamiseks selle komponentideks on 1 000–2 000 g (thermofisher.com)

Pöörete arvu arvutamiseks RFC-le (G-jõud) saab arvutada, kasutades RCF = (p / min) 2 × 1,118 × 10-5 × r, kus 'r' on rootori raadius (bcf.technion.ac.il)

3. samm: disaini kaalutlused

Lisandite tootmise kaalutlused:

• Kiht võib halvasti nakkuda, mille tagajärjeks on halb tõmbetugevus ja osade kahjustus

• Nõutavad omadused, olenevad materjalidest. Mõned pakuvad head külgpinget ja survetugevust väikese kaalu ja kuludega

• Soovitud materjaliomaduste saavutamiseks tuleb G-koodi lõikamisel rakendada õigeid sätteid

• Selle tehnikaga toodetud osade pikaealisus on suhteliselt madal, võrreldes kallimate tehnikate ja materjalidega, näiteks CNC freesmetallidega.

• Termoplastidel on suhteliselt madal üleminekutemperatuur, seega tuleb hoida madalat töötemperatuuri (<umbes 80–90 ° C). • Avatud hankimisega 3D-trükitud kujundused võimaldavad kasutajatel kujundusi vastavalt oma vajadustele ja piirangutele muuta

Täiendavad disainipiirangud:

• Mõnel alal ei pruugi olla piisavat juurdepääsu toiteallikale, toiteallikaks võivad olla tavalised kaasaskantavad päikesepatareid, akud jne.

• Probleemiks võivad olla vibratsioon ja tasakaal

• Peab suutma väljastada kõrgeid pööret minutis kuni 15 minutit või kauem, põhjustades teatud osadele suurt mehaanilist pinget

• Kasutajad ei pruugi olla seadmete kasutamisel kogenud ja vajavad tehnilise tõkke alandamiseks tuge

4. samm: esialgne/baasmooduli disain

Ülaltoodud konstruktsioon kasutab parimal viisil ruumi sisemiste elektroonikakomponentide jaoks piisava ruumi tagamiseks ja tagab piisavalt suure raadiuse erinevate tsentrifuugrootorite ja torude suuruse jaoks. Kujunduse „kokku klõpsamise” stiil on valitud selleks, et välistada tootmise ajal vajadus tugimaterjali järele ning võimaldada hõlpsat printimist, parandamist ja valmistamist nii lisand- kui ka lahutamistootmises. Lisaks vähendab väiksemate üksikute osade printimine printimise ebaõnnestumise/vea mõju ja võimaldab kasutada suuremat valikut prindivoodi suurusi.

Kasutades moodulkonstruktsiooni, saab seadme külge kinnitada mitut tüüpi tsentrifugaalkausid. Nende osade kiire muutmine ja tootmine lisandite valmistamise kaudu võimaldab muuta toodetud G-jõudu ja töödeldud valimi suurust/tüüpi. See annab talle eelise traditsiooniliste masinate ees ja pakub uuenduslikku lähenemist masinate kavandamisel vastavalt lõppkasutaja vajadustele. Lisaks pakuvad liiteseadised võimalust lisada tuge ja summutada vibratsiooni

Samm: osade loend

3D trükitud osad: failid laaditakse üles Githubisse ja thingiverse'i ning neid värskendatakse niipea.

• 1 x spindlikruvi
• 1 x rootori mutter
• 1 x kaane mutter
• 1 x põhikaas
• 4 x rootori korpus
• 1 x fikseeritud nurgaga rootor
• 4 x ülemine/alumine liiteseade
• 2 x külgballast

Elektroonika: (varsti linke toodetele)

Arduino Nano (8-10 dollarit)

Ühendusjuhtmed (<0,2 dollarit)

Elektrooniline kiiruse regulaator (8-10 dollarit)

Harjadeta alalisvoolumootor 12V (15-25 dollarit)

Potentsiomeeter (0,1 dollarit)

Li-po laetav aku (15-25 dollarit)

6. samm: osade printimine:

Kõik osad on saadaval githubist siit: Saadaval ka asjaiversumist siit:

3D trükitud osad: 1 x spindlikruvi

1 x rootori mutter

1 x kaane mutter

1 x põhikaas

4 x rootori korpus

1 x fikseeritud nurgaga rootor

4 x ülemine/alumine liiteseade

2 x külgballast

Cura üldised mustandisätted või sarnased valitud viilutajatarkvaras on head juhised kõigi keha- ja liiteseadiste osade printimiseks.

Samm: kokkupanek: esimene samm

• Valmistage monteerimiseks ette järgmised osad:

  • Tsentrifuugi alus
  • Komponendi korpus
  • 4 x rootori korpus
• Kõik osad peavad tihedalt kokku sobima ja olema kinnitatud sobivate liimidega

8. samm: kokkupanek: elektroonilised komponendid

Valmistage testimiseks ette järgmised elektroonilised komponendid:

• Alalisvoolumootor ja ECS
• Aku
• Arduino Nano
• Leivalaud
• Potentsiomeeter
• Jumper juhtmed

Arduino kodeerimise ja juhised leiate siit:

Artikkel:

Testmootor töötab sujuvalt ja reageerib potentsiomeetrile. Kui see on nii, paigaldage elektroonika korpusesse ja kontrollige, kas mootor töötab sujuvalt ja vähese vibratsiooniga.

Varsti lisatakse pilte täpsest paigutusest.

9. samm: kokkupanek: rootori ja vurri kruvi kinnitamine

Koguge rootor, rullid, ketrus- ja ketramutrid.

Veenduge, et kõik osad oleksid hästi ühendatud. Lihvimine võib aidata, kui istuvus on liiga tihe.

Veenduge, et rootoril on sujuv tee ja see ei libise ega libise liigselt. Lamedat tassi saab vajadusel trükkida või akrüülist lõigata, et aidata stabiilsust suurendada.

Kui osad on lihvitud ja paigaldatud, kinnitage ketruskruvi mootori spindli külge ja kinnitage rootor mutritega, nagu näidatud.

Rootori saab eemaldada proovide maha- ja laadimiseks või rootoritüüpide vahetamiseks.

10. samm: kokkupanek: liiteseade ja kaaned

Koguge ülemised ja külgmised liiteseadised, need toimivad toena, kaaluna ja vibratsiooni summutavana.

Osad peaksid üksteise külge kinni jääma ja täitmisel paigal püsima. Vajadusel saab osi kinnitada superliimi või muu sarnase liimiga.

Rootori peal olev kaas peab olema kindlalt kinnitatud, kui see kinnitatakse rootori ülemise mutriga.

Osad peaksid sobima, nagu pildil näidatud.

Samm 11: Järeldus

Kauge asukohaga tervishoiutöötajad seisavad silmitsi majanduslike ja logistiliste tõketega, mis on seotud oluliste meditsiiniliste ja diagnostikaseadmete ning nende osade hankimise ja hooldamisega. Juurdepääsu puudumine põhivarustusele, näiteks tsentrifuugidele ja pumbasüsteemidele, võib põhjustada surmaga lõppevaid ooteaegu ja vale diagnoosi.

See disain on saavutanud soovitud tulemuse, näidates, et on võimalik luua avatud lähtekohaga meditsiiniseade (mikrotsentrifuug), kasutades töölaua tootmistehnikaid ja põhilisi elektroonilisi komponente. Seda saab toota kümnendiku kaubanduslikult saadaolevate masinate maksumusest ning hõlpsasti parandada või demonteerida, et osi saaks kasutada teistes seadmetes, vähendades majanduslikke tõkkeid. Elektroonilised komponendid tagavad püsiva usaldusväärse toite kõige tavalisemate vereproovide töötlemiseks vajaliku aja jooksul, pakkudes madalama infrastruktuuri piirkondades paremat diagnostikat kui käsitsi töötavad või väljalaskeüksused. Selle disaini teostatavusel on tulevikupotentsiaal meditsiiniseadmete modulaarse avatud lähteplatvormi väljatöötamisel, kasutades põhikomponente erinevate seadmete, näiteks peristaltiliste pumpade, või nagu selles konstruktsioonis, mikrotsentrifuugide juhtimiseks. Avatud lähtekoodiga failide kogu loomisega saaks juurdepääsu ühele FDM -printerile kasutada mitmesuguste osade tootmiseks, lõppkasutaja jaoks vajalike disainiteadmiste osas vähe. See välistaks põhikomponentide tarnimisega seotud logistilised probleemid, säästes aega ja elusid.