Micro-centrifuge Open-sourced Biomedical Device: 11 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ito ay isang patuloy na proyekto na maa-update sa suporta ng komunidad at karagdagang pananaliksik at tagubilin

Ang layunin ng proyektong ito ay upang lumikha ng bukas, sourced, modular na kagamitan sa lab na madaling dalhin at maitayo mula sa murang mga sourced na bahagi upang makatulong sa pag-diagnose ng mga sakit sa malayo at mababang lugar ng imprastraktura

Ito ay magiging isang patuloy na proyektong bukas-sourced na may misyon na magbigay ng isang modular platform para sa mga aparatong medikal, na madaling mabago at mapalawak sa mababang gastos

Ang mga paunang disenyo ay para sa isang modular na baterya at DC motor pack, at micro-centrifuge

Hihingi ito ng tulong ng online na open-source na pamayanan upang tumulong sa suporta, pagbabago, at karagdagang mga disenyo, upang ma-target ang indibidwal na tukoy na mga pangangailangan ng mga manggagawa sa pangangalaga ng kalusugan sa malayo at lokal na lugar

DISCLAIMER: Ang proyekto ay sumasailalim pa rin sa disenyo at pagsubok sa pagpapaandar at hindi pa angkop para sa ANUMANG diagnostic o klinikal na aplikasyon. Ang electronics at Motors ay dapat tipunin at magamit sa mga mambabasa ng sariling peligro

Hakbang 1: Mga Pahayag ng Suliranin at Disenyo

Pahayag ng Suliranin:

Ang kakulangan ng pag-access sa kagamitan sa laboratoryo at klinikal upang makatulong sa pagsusuri at paggamot ng mga sakit ay humahantong sa maiiwasang pagkamatay ng marami sa mga malalayo at mababang lugar ng imprastraktura. Partikular, ang kakulangan ng pag-access sa pangunahing maaasahang centrifuges ay naghuhubad ng mga manggagawa sa pangangalaga ng kalusugan ng isang mahalagang tool sa paglaban sa mga pathogens na dinala ng dugo tulad ng AIDS at malaria.

Pahayag ng Disenyo: Upang magdisenyo ng isang micro-centrifuge, at modular na baterya at DC motor pack, upang makatulong sa pagsusuri at paggamot ng mga sakit na dulot ng mga pathology na dala ng dugo (pathogens at parasites). Ang paggamit ng mga diskarte sa pagdaragdag na pagmamanupaktura kung saan mabubuhay, ang disenyo na ito ay naglalayong mapabuti ang kakayahang dalhin at babaan ang mga hadlang sa ekonomiya ng mga teknolohiya na nakakatipid ng buhay.

Hakbang 2: Pangangatuwiran sa Disenyo:

Nilalayon ang disenyo na ito sa paggawa ng isang microcentrifuge na angkop para sa kapalit na paggamit sa mga lugar sa kanayunan sa pamamagitan ng paggamit ng desktop FDM 3D na pagpi-print, paggupit ng laser, at electronics ng hobby grade. Sa paggawa nito, inaasahan na maa-access ang aparato sa isang iba't ibang mga propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan na may iba't ibang pag-access sa mga mapagkukunan.

Kapag nagdidisenyo ng centrifuge rotor (bahagi ng disenyo na humahawak ng mga tubo sa pagsubok):

Ang kinakailangang G-force para sa paghihiwalay ng mga sample ay nakasalalay sa nais na uri ng sample, na may average na pwersa para sa paghihiwalay ng dugo sa mga nasasakupan nito na umaabot sa 1, 000 - 2, 000 g (thermofisher.com)

Ang pagkalkula ng RPM sa RFC (G-force), maaaring kalkulahin gamit ang RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, kung saan ang 'r' ay ang radius ng rotor (bcf.technion.ac.il)

Hakbang 3: Mga Pagsasaalang-alang sa Disenyo

Mga pagsasaalang-alang sa additive manufacturing:

• Maaaring maganap ang hindi magandang layer na pagdirikit, na magreresulta sa mahinang lakas na makunat at bahagi ng pinsala

• Kinakailangan ang mga pag-aari, mag-iiba sa mga materyales. Ang ilan ay nag-aalok ng mahusay na lateral strain at lakas ng compression sa isang mababang timbang at gastos

• Ang wastong mga setting sa panahon ng paggupit ng G-code ay dapat mailapat upang matiyak na ang mga materyal na pag-aari na nais makuha

• Ang kahabaan ng buhay ng mga bahaging ginawa gamit ang diskarteng ito ay medyo mababa kung ihahambing sa mga gumagamit ng mas mamahaling mga diskarte at materyales tulad ng mga metal na paggiling ng CNC.

• Ang mga thermoplastics ay may mababang temperatura ng paglipat, kaya't ang isang mababang temperatura ng pagpapatakbo ay dapat panatilihin (<tinatayang 80-90 celcius) • Ang bukas na sourced na naka-print na disenyo ng 3d ay magbibigay-daan sa mga gumagamit na baguhin ang mga disenyo upang umangkop sa kanilang mga pangangailangan at hadlang.

Karagdagang mga hadlang sa disenyo:

• Ang ilang mga lugar ay maaaring walang sapat na pag-access sa kuryente, maaaring pinalakas ng pangunahing portable solar, mga baterya, atbp.

• Maaaring maging isyu ang panginginig ng boses at balanse

• Kailangang makapag-output ng mataas na RPM sa mga tagal ng hanggang 15 min o higit pa, na nagreresulta sa mataas na stress sa mekanikal sa ilang bahagi

• Ang mga gumagamit ay maaaring hindi maranasan sa paggamit ng kagamitan at mangangailangan ng suporta upang babaan ang teknikal na hadlang

Hakbang 4: Panimula / Disenyo ng Module na Base

Ginagawa ng disenyo sa itaas ang pinakamahusay na paggamit ng puwang upang makapagbigay ng sapat na silid para sa panloob na mga elektronikong sangkap at tinitiyak ang isang malaking sapat na radius para sa iba't ibang mga centrifuge rotors at tube siizing. Ang istilo ng 'snap together' ng disenyo ay napili upang maalis ang pangangailangan para sa materyal ng suporta sa panahon ng paggawa at upang payagan ang madaling pag-print, pagkumpuni, at katha sa parehong additive at subtractive manufacturing. Bilang karagdagan, ang pagpi-print ng mas maliit na mga indibidwal na bahagi ay magbabawas ng epekto ng pagkabigo / error sa pag-print, at papayagan na magamit ang isang mas malaking pagkakaiba-iba ng mga laki ng naka-print.

Sa pamamagitan ng pagsasamantala sa isang modular na disenyo, maraming magkakaibang uri ng mga sentripugal na mangkok ay maaaring ikabit sa aparato. Ang mabilis na pagbabago at paggawa ng mga bahaging ito sa pamamagitan ng pagmamanupaktura ng additive ay nagbibigay-daan para sa mga pagbabago sa G-force na ginawa, at naproseso ang laki / uri ng sample. Tumutulong itong bigyan ito ng kalamangan kaysa sa tradisyunal na mga makina at nagbibigay ng isang makabagong diskarte sa pagdidisenyo ng mga machine sa paligid ng mga pangangailangan ng isang end user. Bukod dito, ang mga lalagyan ng ballast ay nagbibigay ng isang pagkakataon upang magdagdag ng suporta at dampen ang panginginig ng boses

Hakbang 5: Listahan ng Mga Bahagi

Mga naka-print na bahagi ng 3d: Ang mga file ay mai-upload sa Github at thingiverse at maa-update nang mabilis.

• 1 x Spindle Screw
• 1 x Rotor Nut
• 1 x Lid Nut
• 1 x Pangunahing Lid
• 4 x Katawan ng Rotor
• 1 x Fixed Angle Rotor
• 4 x Tuktok / Ibabang Ballast
• 2 x Side Ballast

Electronics: (Mga link sa mga produkto sa lalong madaling panahon)

Arduino Nano ($ 8-10)

Mga Connector Wires (<$ 0.2)

Electronic Speed Controller ($ 8-10)

Brushless DC Motor 12V ($ 15-25)

Potensyomiter ($ 0.1)

Li-po rechargeable na baterya ($ 15-25)

Hakbang 6: Pagpi-print ng Mga Bahagi:

Ang lahat ng mga bahagi ay magagamit mula sa github dito: Magagamit din mula sa thingiverse dito:

Mga naka-print na bahagi ng 3d: 1 x Spindle Screw

1 x Rotor Nut

1 x Lid Nut

1 x Pangunahing Lid

4 x Katawan ng Rotor

1 x Fixed Angle Rotor

4 x Tuktok / Ibabang Ballast

2 x Side Ballast

Ang pangkalahatang mga setting ng draft mula sa Cura, o katulad sa napiling slicer software, ay isang mahusay na patnubay para sa pag-print ng lahat ng mga bahagi ng katawan at ballast.

Hakbang 7: Assembly: Unang Hakbang

• Ihanda ang mga sumusunod na bahagi para sa pagpupulong tulad ng ipinakita:

  • Batayan ng centrifuge
  • Component casing
  • 4 x katawan ng rotor
• Ang lahat ng mga bahagi ay dapat magkakasamang magkakasama at ma-secure sa mga naaangkop na adhesive

Hakbang 8: Assembly: Mga Elektronikong Bahagi

Ihanda ang mga sumusunod na elektronikong sangkap para sa pagsubok:

• DC motor at ECS
• Baterya
• Arduino Nano
• Breadboard
• Potensyomiter
• Jumper wires

Ang pag-coding at pagtuturo para sa arduino ay matatagpuan dito:

Artikulo sa pamamagitan ng

Ang pagsubok na motor ay tumatakbo nang maayos at tumutugon sa potensyomiter. Kung ito ay, pagkatapos ay i-install ang electronics sa pambalot at subukan ang motor na tumatakbo makinis at may maliit na panginginig ng boses.

Ang mga larawan ng eksaktong pagkakalagay ay idadagdag sa lalong madaling panahon.

Hakbang 9: Assembly: Attaching Rotor at Spinner Screw

Ipunin ang rotor, roller, Spinner, at spinner nut.

Siguraduhin na ang lahat ng mga bahagi ay may isang mahusay na akma. Maaaring makatulong ang pag-send kung ang sikip ay masyadong masikip.

Tiyaking ang rotor ay may isang makinis na landas at hindi lumaktaw o gumalaw nang labis. Ang isang patag na ulam ay maaaring mai-print, o i-cut mula sa acrylic, upang makatulong sa katatagan kung kinakailangan.

Kapag ang mga bahagi ay sumailalim sa pag-sanding at pag-angkop, ikabit ang spinner screw sa spindle ng motor at i-secure ang rotor gamit ang mga nut tulad ng ipinakita.

Maaaring alisin ang rotor para sa pagdiskarga at pag-load ng mga sample, o para sa pagbabago ng mga uri ng rotor.

Hakbang 10: Assembly: Ballast at Lids

Ipunin ang mga lalagyan sa itaas at gilid ng ballast, ang mga ito ay kikilos bilang suporta, pagtimbang, at pamamasa ng panginginig ng boses.

Ang mga bahagi ay dapat na magkakasamang puwang at manatili sa lugar kapag napunan. Kung kinakailangan, ang mga bahagi ay maaaring ma-secure kasama ng sobrang pandikit o katulad na malagkit.

Ang pangunahing takip sa rotor ay dapat na magkasya nang ligtas kapag na-fasten gamit ang tuktok na nut ng rotor.

Ang mga bahagi ay dapat magkasya tulad ng ipinakita sa larawan.

Hakbang 11: Konklusyon

Ang mga malayong lokasyon ng mga manggagawa sa pangangalaga ng kalusugan ay nahaharap sa hamon ng mga hadlang sa ekonomiya at logistic na nauugnay sa pagkuha at pagpapanatili ng mahahalagang medikal, at mga diagnostic na aparato at bahagi. Ang kakulangan ng pag-access sa pangunahing kagamitan tulad ng centrifuges at pump system ay maaaring humantong sa nakamamatay na mga oras ng paghihintay at maling pag-diagnose.

Natugunan ng disenyo na ito ang ninanais na kinalabasan sa pagpapakita na posible na lumikha ng isang bukas na sourced na medikal na aparato (isang microcentrifuge), gamit ang mga diskarte sa pagmamanupaktura ng desktop at pangunahing mga sangkap ng elektronik. Maaari itong magawa sa ikasampu ang halaga ng mga makina na magagamit sa komersyo, at madaling ayusin o ma-disassemble para sa mga piyesa na gagamitin sa iba pang mga aparato, na nagpapababa ng mga hadlang sa ekonomiya. Ang mga elektronikong sangkap ay nagbibigay ng patuloy na maaasahang lakas para sa oras na kinakailangan upang maproseso ang pinaka-karaniwang mga sample ng dugo, na nagbibigay ng mas mahusay na mga diagnostic kaysa sa mga pinapatakbo ng kamay, o mga outlet unit, sa mababang mga lugar ng imprastraktura. Ang pagiging posible ng disenyo na ito ay may potensyal sa hinaharap sa pagbuo ng isang modular open-sourced platform ng mga medikal na aparato, gamit ang isang pangunahing hanay ng mga sangkap upang himukin ang iba't ibang kagamitan tulad ng mga peristaltic pump, o tulad ng disenyo na ito, microcentrifuges. Sa pagtatatag ng isang silid-aklatan ng bukas na mga sourced file, ang pag-access sa isang solong FDM printer ay maaaring magamit upang makabuo ng isang hanay ng mga bahagi, na may kaunting kaalaman sa disenyo na kinakailangan ng end user. Aalisin nito ang mga problemang pang-logistikong nauugnay sa pagpapadala ng mga pangunahing sangkap, pag-save ng oras at buhay.