Mikrosentrifuge Biomediese toestel met oop bron: 11 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Dit is 'n deurlopende projek wat opgedateer sal word met gemeenskapsondersteuning en verdere navorsing en onderrig

Die doel van hierdie projek is om oop, modulêre laboratoriumtoerusting te skep wat maklik vervoer kan word en gemaak is van goedkoop verkrygbare onderdele om te help met die diagnose van siektes in afgeleë en lae infrastruktuurgebiede

Dit sal 'n deurlopende oop projek wees met die doel om 'n modulêre platform vir mediese toerusting te bied, wat maklik teen lae koste aangepas en uitgebrei kan word

Aanvanklike ontwerpe is vir 'n modulêre battery en DC-motorpakket en mikrosentrifuge

Dit sal die hulp van die aanlyn open-source gemeenskap soek om te help met ondersteuning, aanpassing en verdere ontwerpe om die individuele behoeftes van gesondheidsorgwerkers in afgeleë en landelike gebiede te rig

VRYWARING: Die projek word nog ondergaan met ontwerp- en funksionaliteitstoetse en is nog nie geskik vir enige diagnostiese of kliniese toepassing nie. Elektronika en motors moet op eie risiko saamgestel en gebruik word

Stap 1: Probleem- en ontwerpverklarings

Probleemstelling:

Die gebrek aan toegang tot laboratorium- en kliniese toerusting om te help met die diagnose en behandeling van siektes, lei tot die voorkoming van baie mense in afgeleë en lae infrastruktuurgebiede. Die gebrek aan toegang tot basiese betroubare sentrifuges stroop veral gesondheidsorgwerkers van 'n noodsaaklike hulpmiddel in die stryd teen bloedgedraagde patogene soos vigs en malaria.

Ontwerpverklaring: Om 'n mikrosentrifuge en modulêre battery en GS-motorpak te ontwerp om te help met die diagnose en behandeling van siektes wat veroorsaak word deur bloedgedraagde patologieë (patogene en parasiete). Met behulp van addisionele vervaardigingstegnieke waar dit lewensvatbaar is, poog hierdie ontwerp om die draagbaarheid te verbeter en die ekonomiese hindernisse van lewensreddende tegnologieë te verlaag.

Stap 2: Ontwerprede:

Hierdie ontwerp is daarop gemik om 'n mikrosentrifuge te vervaardig wat geskik is vir vervangingsgebruik in landelike gebiede deur gebruik te maak van lessenaar FDM 3D -drukwerk, lasersnit en stokperdjie -elektronika. Daarmee word gehoop dat die toestel toeganklik sal wees vir 'n wye verskeidenheid gesondheidswerkers met wisselende toegang tot hulpbronne.

By die ontwerp van die sentrifuge rotor (deel van die ontwerp wat proefbuise bevat):

Die vereiste G-krag vir die skeiding van monsters hang af van die gewenste monstersoort, met gemiddelde kragte om bloed in sy bestanddele te skei, wat wissel van 1 000-2 000 g (thermofisher.com)

Die berekening van RPM tot RFC (G-krag) kan bereken word met behulp van RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, waar 'r' die radius van die rotor is (bcf.technion.ac.il)

Stap 3: Ontwerpoorwegings

Additiewe vervaardigingsoorwegings:

• Swak laaghegting kan voorkom, wat swak treksterkte en onderdele kan beskadig

• Eienskappe benodig, sal verskil met materiaal. Sommige bied goeie syspanning en druksterkte teen lae gewig en koste

• Korrekte instellings tydens die sny van die G-kode moet toegepas word om te verseker dat die gewenste materiaal eienskappe verkry word

• Die lewensduur van onderdele wat met hierdie tegniek vervaardig word, is relatief laag in vergelyking met dié wat duurder tegnieke en materiale soos CNC -freesmetale gebruik.

• Termoplasties het 'n relatief lae oorgangstemperatuur, dus moet 'n lae bedryfstemperatuur gehandhaaf word (<ongeveer 80-90 celcius)

Verdere ontwerpbeperkings:

• Sommige gebiede het moontlik nie voldoende toegang tot krag nie, moontlik moet hulle aangedryf word deur basiese draagbare sonkrag, batterye, ens.

• Vibrasie en balans kan 'n probleem wees

• Moet hoë toere per minuut kan lewer vir periodes van tot 15 minute of langer, wat lei tot hoë meganiese spanning op sommige dele

• Gebruikers het moontlik nie ervaring met die gebruik van toerusting nie en benodig ondersteuning om die tegniese versperring te verlaag

Stap 4: Aanvanklike/basismodule -ontwerp

Bogenoemde ontwerp maak die beste gebruik van ruimte om voldoende ruimte te bied vir interne elektroniese komponente en verseker 'n groot genoeg radius vir 'n verskeidenheid sentrifuge rotors en buisgroottes. Die ontwerp van 'ontwerp' is gekies om die behoefte aan ondersteuningsmateriaal tydens die produksie uit te skakel en dit moontlik te maak om te druk, te herstel en te vervaardig in beide additiewe en subtraktiewe vervaardiging. Boonop sal die druk van kleiner individuele onderdele die impak van drukfoute/foute verminder, en 'n groter verskeidenheid drukbedgroottes kan gebruik word.

Deur voordeel te trek uit 'n modulêre ontwerp, kan baie verskillende soorte sentrifugale bakke aan die toestel geheg word. Vinnige aanpassings en produksie van hierdie onderdele deur middel van additiewe vervaardiging maak voorsiening vir veranderinge in die geproduseerde G-krag, en monstergrootte/tipe verwerk. Dit gee dit 'n voordeel bo tradisionele masjiene en bied 'n innoverende benadering tot die ontwerp van masjiene volgens die behoeftes van 'n eindgebruiker. Verder bied die ballasthouers die geleentheid om ondersteuning by te voeg en trillings te demp.

Stap 5: Onderdele lys

3D -gedrukte dele: lêers word na Github en dingiverse opgelaai en so gou moontlik bygewerk.

• 1 x spilskroef
• 1 x Rotormoer
• 1 x Deksel Moer
• 1 x hoofdeksel
• 4 x Rotorliggaam
• 1 x Vaste hoekrotor
• 4 x Ballast bo/onder
• 2 x kant ballast

Elektronika: (Skakels na produkte binnekort)

Arduino Nano ($ 8-10)

Verbindingsdrade (<$ 0,2)

Elektroniese snelheidsbeheerder ($ 8-10)

Borsellose DC-motor 12V ($ 15-25)

Potensiometer ($ 0,1)

Li-po herlaaibare battery ($ 15-25)

Stap 6: Druk van onderdele:

Alle onderdele is hier beskikbaar by github: Ook beskikbaar by dingiverse hier:

3d gedrukte dele: 1 x spilskroef

1 x Rotormoer

1 x Deksel Moer

1 x hoofdeksel

4 x Rotorliggaam

1 x Vaste hoekrotor

4 x Ballast bo/onder

2 x kant ballast

Die algemene konsepinstellings van Cura, of soortgelyk in geselekteerde snysagteware, is 'n goeie riglyn vir die druk van alle liggaamsdele en ballasonderdele.

Stap 7: Samestelling: eerste stap

• Berei die volgende dele voor vir montering soos aangedui:

  • Sentrifuge basis
  • Onderdeel omhulsel
  • 4 x rotorliggaam
• Alle dele moet styf bymekaar pas en met toepaslike kleefmiddels vasgemaak word

Stap 8: Montering: Elektroniese komponente

Berei die volgende elektroniese komponente voor vir toetsing:

• GS -motor en ECS
• Battery
• Arduino Nano
• Broodbord
• Potensiometer
• Springdrade

Kodering en instruksies vir die arduino kan hier gevind word:

Artikel deur

Die toetsmotor loop glad en reageer op die potensiometer. As dit die geval is, installeer dan die elektronika in die omhulsel en toets die motor loop glad en met min vibrasie.

Foto's van presiese plasing sal binnekort bygevoeg word.

Stap 9: Montering: Bevestiging van rotor- en draaiskroef

Versamel rotor, rollers, spinner en spinnerute.

Maak seker dat alle onderdele goed pas. Skuur kan help as die pasmaat te styf is.

Maak seker dat die rotor 'n gladde baan het en nie oormatig slaan of waai nie. 'N Plat skottel kan gedruk of uit akriel gesny word om stabiliteit te verseker indien nodig.

Sodra die onderdele geskuur en gepas is, maak die draaiskroef aan die motorspind vas en maak die rotor vas met die moere soos aangedui.

Rotor kan verwyder word om monsters af te laai en te laai, of om rotortipes te verander.

Stap 10: Samestelling: ballas en deksels

Versamel ballasthouers aan die bokant en aan die sykant, dit dien as ondersteuning, gewig en trillingsdemping.

Onderdele moet bymekaar pas en op hul plek bly wanneer dit gevul is. Indien nodig, kan dele aan mekaar vasgemaak word met supergom of soortgelyke gom.

Die hoofdeksel oor die rotor moet stewig pas as dit met die boonste rotormoer vasgemaak word.

Onderdele moet pas soos op die foto.

Stap 11: Gevolgtrekking

Gesondheidswerkers op 'n afgeleë plek staan voor die uitdaging van ekonomiese en logistieke hindernisse wat verband hou met die verkryging en instandhouding van noodsaaklike mediese en diagnostiese toestelle en onderdele. Gebrek aan toegang tot basiese toerusting soos sentrifuges en pompstelsels kan lei tot noodlottige wagtye en verkeerde diagnose.

Hierdie ontwerp het die gewenste uitkoms bereik om aan te toon dat dit moontlik is om 'n oop mediese toestel ('n mikrosentrifuge) te maak, met behulp van tafelbladvervaardigingstegnieke en basiese elektroniese komponente. Dit kan geproduseer word teen 'n tiende van die koste van masjiene wat in die handel beskikbaar is, en kan maklik herstel of gedemonteer word vir onderdele wat in ander toestelle gebruik kan word, wat ekonomiese hindernisse verlaag. Die elektroniese komponente bied konstante betroubare krag vir die tyd wat nodig is om die mees algemene bloedmonsters te verwerk, en bied beter diagnostiek as met die hand aangedrewe of uitlaat -eenhede in lae infrastruktuurgebiede. Die uitvoerbaarheid van hierdie ontwerp het toekomstige potensiaal in die ontwikkeling van 'n modulêre, oop bron van mediese toestelle, met behulp van 'n kernset komponente om verskillende toerusting, soos peristaltiese pompe, of soos in hierdie ontwerp, mikrosentrifuges aan te dryf. Met die oprigting van 'n biblioteek met oop lêers, kan toegang tot 'n enkele FDM -drukker gebruik word om 'n reeks onderdele te vervaardig, met min kennis in ontwerp wat deur die eindgebruiker vereis word. Dit sal die logistieke probleme wat verband hou met die versending van basiese komponente, uitskakel en tyd en lewens bespaar.