Mikrocentrifuga Atviras biomedicinos prietaisas: 11 žingsnių

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-13 06:57

Tai tęstinis projektas, kuris bus atnaujintas su bendruomenės parama ir tolesniais tyrimais bei instrukcijomis

Šio projekto tikslas yra sukurti atviros kilmės, modulinę laboratorinę įrangą, kurią būtų lengva transportuoti ir kuri būtų pagaminta iš pigiai įsigytų dalių, kad padėtų diagnozuoti ligas atokiose ir žemos infrastruktūros vietose

Tai bus tęstinis atvirų šaltinių projektas, kurio misija-modulinė medicinos prietaisų platforma, kurią galima lengvai modifikuoti ir išplėsti už mažą kainą

Pradiniai modeliai bus skirti modulinei baterijai ir nuolatinės srovės variklių paketui bei mikrocentrifugai

Ji ieškos internetinės atvirojo kodo bendruomenės pagalbos, kad padėtų remti, keisti ir toliau kurti, kad būtų patenkinti individualūs sveikatos priežiūros darbuotojų poreikiai atokiose ir kaimo vietovėse

ATSAKOMYBĖS: Projektas dar tik projektuojamas ir funkcionalus, todėl netinka jokiam diagnostiniam ar klinikiniam pritaikymui. Elektronika ir varikliai turi būti surenkami ir naudojami skaitytojų pačių rizika

1 žingsnis: problemos ir dizaino teiginiai

Problemos pareiškimas:

Kadangi nėra galimybės naudotis laboratorine ir klinikine įranga, padedančia diagnozuoti ir gydyti ligas, daugelis žmonių gali išvengti mirties atokiose ir žemos infrastruktūros vietose. Konkrečiai kalbant, dėl prieigos prie pagrindinių patikimų centrifugų nebuvimo sveikatos priežiūros darbuotojai atima gyvybiškai svarbią priemonę kovojant su per kraują plintančiais patogenais, tokiais kaip AIDS ir maliarija.

Dizaino pareiškimas: suprojektuoti mikrocentrifugą, modulinę bateriją ir nuolatinės srovės variklį, kad būtų galima diagnozuoti ir gydyti ligas, kurias sukelia kraujo patologijos (patogenai ir parazitai). Naudojant papildomus gamybos būdus, kai tai įmanoma, šis dizainas siekia pagerinti gyvybės gelbėjimo technologijų perkeliamumą ir sumažinti ekonomines kliūtis.

2 žingsnis: projektavimo pagrindas:

Šios konstrukcijos tikslas - gaminti mikrocentrifugą, tinkančią naudoti kaimo vietovėse, naudojant stalinį FDM 3D spausdinimą, pjovimą lazeriu ir hobio klasės elektroniką. Tikimasi, kad prietaisas bus prieinamas įvairiems sveikatos priežiūros specialistams, turintiems skirtingą prieigą prie išteklių.

Kuriant centrifugos rotorių (dizaino dalis, kurioje laikomi mėgintuvėliai):

Reikalinga G jėga, skirta atskirti mėginius, priklauso nuo norimo mėginio tipo, o vidutinės jėgos kraujui atskirti į jo sudedamąsias dalis yra 1 000–2 000 g (thermofisher.com)

Apskaičiuojant RPM į RFC (G jėga), galima apskaičiuoti naudojant RCF = (aps / min) 2 × 1,118 × 10-5 × r, kur „r“yra rotoriaus spindulys (bcf.technion.ac.il)

3 žingsnis: projektavimo aspektai

Papildomos gamybos aplinkybės:

• Gali atsirasti prastas sluoksnio sukibimas, dėl kurio gali sutrikti tempimas ir pažeisti dalys

• Reikalingos savybės priklauso nuo medžiagų. Kai kurie siūlo gerą šoninį tempimą ir suspaudimo jėgą už nedidelį svorį ir kainą

• Pjaustant G kodą reikia taikyti teisingus nustatymus, kad būtų užtikrintos norimos medžiagos savybės

• Pagal šią techniką pagamintų dalių ilgaamžiškumas yra palyginti mažas, palyginti su tomis, kuriose naudojamos brangesnės technologijos ir medžiagos, tokios kaip CNC frezavimo metalai.

• Termoplastikai turi palyginti žemą perėjimo temperatūrą, todėl turi būti palaikoma žema darbinė temperatūra (<maždaug 80–90 ° C). • Atvirų šaltinių 3D spausdintas dizainas leis vartotojams keisti dizainą, kad jis atitiktų jų poreikius ir apribojimus.

Kiti dizaino apribojimai:

• Kai kuriose vietovėse gali būti nepakankamai prieinama elektros energija, jas gali tekti maitinti iš paprastų nešiojamų saulės baterijų, baterijų ir pan.

• Gali kilti problemų dėl vibracijos ir pusiausvyros

• Turi sugebėti išvesti didelius apsisukimus iki 15 min ar ilgiau, dėl to kai kurios dalys patiria didelį mechaninį įtempį

• Vartotojai gali neturėti patirties naudojant įrangą ir jiems reikės pagalbos, kad sumažintų technines kliūtis

4 žingsnis: pradinis/bazinis modulio dizainas

Aukščiau pateikta konstrukcija geriausiai išnaudoja erdvę, kad būtų pakankamai vietos vidiniams elektroniniams komponentams, ir užtikrina pakankamai didelį spindulį įvairiems centrifugos rotoriams ir vamzdžių dydžiui. „Snap together“dizaino stilius buvo pasirinktas taip, kad gamybos metu nereikėtų pagalbinių medžiagų ir būtų galima lengvai spausdinti, taisyti ir gaminti tiek priedų, tiek atimties gamyboje. Be to, mažesnių atskirų dalių spausdinimas sumažins spausdinimo gedimo/klaidos poveikį ir leis naudoti daugiau įvairių spausdinimo lovų dydžių.

Naudojant modulinę konstrukciją, prie prietaiso gali būti pritvirtinta daug įvairių tipų išcentrinių dubenėlių. Greitos šių dalių modifikacijos ir gamyba naudojant priedų gamybą leidžia keisti pagamintą G jėgą ir apdorotą imties dydį/tipą. Tai suteikia jai pranašumą prieš tradicines mašinas ir suteikia novatorišką požiūrį į mašinų projektavimą pagal galutinio vartotojo poreikius. Be to, balastiniai konteineriai suteikia galimybę pridėti atramą ir slopinti vibraciją

5 žingsnis: dalių sąrašas

3D spausdintos dalys: failai bus įkelti į „Github“ir „thingiverse“ir atnaujinami kuo greičiau.

• 1 x veleno varžtas
• 1 x rotoriaus veržlė
• 1 x dangtelio veržlė
• 1 x pagrindinis dangtis
• 4 x rotoriaus korpusas
• 1 x fiksuoto kampo rotorius
• 4 x viršutinis/apatinis balastas
• 2 x šoninis balastas

Elektronika: (nuorodos į produktus netrukus)

„Arduino Nano“(8–10 USD)

Jungiamieji laidai (<0,2 USD)

Elektroninis greičio reguliatorius (8-10 USD)

Šepetėlių neturintis nuolatinės srovės variklis 12V (15-25 USD)

Potenciometras (0,1 USD)

Li-po įkraunama baterija (15-25 USD)

6 žingsnis: dalių spausdinimas:

Visas dalis galima rasti „github“čia: Taip pat galima rasti „thingiverse“čia:

3D spausdintos dalys: 1 x veleno varžtas

1 x rotoriaus veržlė

1 x dangtelio veržlė

1 x pagrindinis dangtis

4 x rotoriaus korpusas

1 x fiksuoto kampo rotorius

4 x viršutinis/apatinis balastas

2 x šoninis balastas

Bendrieji „Cura“juodraščio nustatymai arba panašūs pasirinktos pjaustyklės programinės įrangos parametrai yra gera gairė spausdinant visas kėbulo ir balastines dalis.

7 žingsnis: Surinkimas: pirmasis žingsnis

• Paruoškite šias dalis surinkimui, kaip parodyta:

  • Centrifugos pagrindas
  • Komponento korpusas
  • 4 x rotoriaus korpusas
• Visos dalys turi būti tvirtai prigludusios ir pritvirtintos tinkamais klijais

8 žingsnis: Surinkimas: elektroniniai komponentai

Bandymui paruoškite šiuos elektroninius komponentus:

• DC variklis ir ECS
• Baterija
• Arduino Nano
• Bandomoji Lenta
• Potenciometras
• Jumperio laidai

„Arduino“kodavimą ir instrukcijas rasite čia:

Straipsnį pateikė

Bandomasis variklis veikia sklandžiai ir reaguoja į potenciometrą. Jei taip, įdėkite elektroniką į korpusą ir patikrinkite, ar variklis veikia sklandžiai ir mažai vibruoja.

Netrukus bus pridėtos tikslios vietos nuotraukos.

9 žingsnis: Surinkimas: rotoriaus ir suktuvo varžto pritvirtinimas

Surinkite rotorių, ritinius, suktuką ir verpimo veržles.

Įsitikinkite, kad visos dalys gerai priglunda. Šlifavimas gali padėti, jei tvirtinimas yra per ankštas.

Įsitikinkite, kad rotorius turi sklandų kelią ir pernelyg neslysta ar nesvyra. Plokščias indas gali būti atspausdintas arba supjaustytas iš akrilo, kad prireikus padėtų išlaikyti stabilumą.

Kai dalys bus šlifuotos ir pritvirtintos, pritvirtinkite verpimo varžtą prie variklio veleno ir pritvirtinkite rotorių veržlėmis, kaip parodyta.

Rotorių galima nuimti, kad būtų galima iškrauti ir pakrauti mėginius arba pakeisti rotoriaus tipą.

10 žingsnis: Surinkimas: balastas ir dangteliai

Surinkite viršutinius ir šoninius balasto konteinerius, kurie veiks kaip atrama, svoris ir slopins vibraciją.

Dalys turi būti sujungtos ir pripildytos likti vietoje. Jei reikia, dalis galima pritvirtinti super klijais ar panašiais klijais.

Pagrindinis dangtelis virš rotoriaus turi būti tvirtai pritvirtintas, kai tvirtinamas viršutine rotoriaus veržle.

Dalys turi tilpti taip, kaip parodyta paveikslėlyje.

11 žingsnis: Išvada

Nuotolinės sveikatos priežiūros darbuotojai susiduria su ekonominių ir logistinių kliūčių, susijusių su gyvybiškai svarbių medicinos ir diagnostikos prietaisų bei dalių įsigijimu ir priežiūra, iššūkiu. Prieigos prie pagrindinės įrangos, tokios kaip centrifugos ir siurblių sistemos, trūkumas gali lemti mirtiną laukimo laiką ir klaidingą diagnozę.

Šis dizainas pasiekė norimą rezultatą, parodydamas, kad įmanoma sukurti atviro šaltinio medicinos prietaisą (mikrocentrifugą), naudojant stalinių kompiuterių gamybos metodus ir pagrindinius elektroninius komponentus. Jis gali būti pagamintas už dešimtadalį parduodamų mašinų kainos ir lengvai suremontuojamas ar išmontuojamas, kad būtų galima naudoti dalis kituose prietaisuose, taip sumažinant ekonomines kliūtis. Elektroniniai komponentai užtikrina pastovią patikimą galią tiek laiko, kiek reikia dažniems kraujo mėginiams apdoroti, ir užtikrina geresnę diagnostiką nei rankiniu būdu maitinami arba išleidimo blokai žemos infrastruktūros vietose. Šios konstrukcijos įgyvendinamumas turi ateities potencialą kuriant modulinę atvirų šaltinių medicinos prietaisų platformą, naudojant pagrindinį komponentų rinkinį, skirtą vairuoti įvairią įrangą, pvz., Peristaltinius siurblius, arba, kaip šioje konstrukcijoje, mikrocentrifugas. Sukūrus atvirų šaltinių failų biblioteką, būtų galima panaudoti prieigą prie vieno FDM spausdintuvo, kad būtų galima gaminti daugybę dalių, o galutiniam vartotojui reikia mažai dizaino žinių. Tai pašalintų logistines problemas, susijusias su pagrindinių komponentų gabenimu, taupant laiką ir gyvybes.