Mikrocentrifuga Nyílt forrású orvosbiológiai eszköz: 11 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ez egy folyamatban lévő projekt, amelyet közösségi támogatással, további kutatásokkal és utasításokkal frissítenek

A projekt célja nyílt forrású, moduláris laboratóriumi berendezések létrehozása, amelyek könnyen szállíthatók és olcsón beszerezhető alkatrészekből készülnek, hogy segítsenek a betegségek diagnosztizálásában a távoli és alacsony infrastrukturális területeken

Ez egy folyamatban lévő nyílt forráskódú projekt lesz, amelynek célja, hogy moduláris platformot biztosítson az orvostechnikai eszközök számára, amely könnyen módosítható és alacsony költséggel bővíthető

A kezdeti tervek moduláris akkumulátorra és egyenáramú motorra, valamint mikrocentrifugára vonatkoznak

Az online nyílt forráskódú közösség segítségét fogja kérni, hogy támogassa, módosítsa és további terveket készítsen a távoli és vidéki egészségügyi dolgozók egyedi igényeinek kielégítésére

NYILATKOZAT: A projekt még tervezési és működési tesztelés alatt áll, és még nem alkalmas semmilyen diagnosztikai vagy klinikai alkalmazásra. Az elektronikát és a motorokat az olvasók saját felelősségére kell összeszerelni és használni

1. lépés: Probléma- és tervezési nyilatkozatok

Problémajelentés:

A betegségek diagnosztizálását és kezelését segítő laboratóriumi és klinikai eszközökhöz való hozzáférés hiánya sokak megelőzhető halálához vezet távoli és alacsony infrastrukturális területeken. Pontosabban, az alapvető megbízható centrifugákhoz való hozzáférés hiánya megfosztja az egészségügyi dolgozókat a vér által terjesztett kórokozók, például az AIDS és a malária elleni küzdelem alapvető eszközétől.

Tervezési nyilatkozat: Mikroszentrifuga, moduláris akkumulátor és egyenáramú motorcsomag tervezése, hogy segítse a vér útján terjedő patológiák (kórokozók és paraziták) által okozott betegségek diagnosztizálását és kezelését. Az additív gyártási technikákat alkalmazva, ahol ez megvalósítható, ez a kialakítás az életmentő technológiák hordozhatóságának javítására és gazdasági korlátainak csökkentésére törekszik.

2. lépés: Tervezési indoklás:

Ennek a kialakításnak az a célja, hogy a vidéki területeken helyettesítésre alkalmas mikrocentrifugát állítson elő asztali FDM 3D nyomtatás, lézervágás és hobbi minőségű elektronika segítségével. Ennek során remélhetőleg az eszköz elérhető lesz az egészségügyi szakemberek széles skálája számára, különböző forrásokhoz való hozzáféréssel.

A centrifuga rotor tervezésekor (a tervezés része, amely kémcsöveket tart):

A minták szétválasztásához szükséges G-erő a kívánt mintatípustól függ, az átlagos erő a vér összetevőinek szétválasztásához 1 000–2 000 g (thermofisher.com)

Az RPM számítása RFC-re (G-erő), kiszámítható az RCF = (rpm) 2 × 1,118 × 10-5 × r használatával, ahol „r” a forgórész sugara (bcf.technion.ac.il)

3. lépés: Tervezési szempontok

Kiegészítő gyártási szempontok:

• Rossz rétegtapadás léphet fel, ami gyenge szakítószilárdságot és alkatrészkárosodást eredményezhet

• Szükséges tulajdonságok, anyagoktól függően változhatnak. Néhányuk jó oldalsó húzódást és nyomószilárdságot kínál alacsony súly és költség mellett

• A megfelelő beállításokat kell alkalmazni a G-kód szeletelése során, hogy a kívánt anyagtulajdonságokat elérjék

• Az ezzel a technikával előállított alkatrészek élettartama viszonylag alacsony, összehasonlítva a drágább technikákat és anyagokat használó alkatrészekkel, mint például a CNC maró fémek.

• A hőre lágyuló műanyagok viszonylag alacsony átmeneti hőmérsékletűek, ezért alacsony üzemi hőmérsékletet kell tartani (<kb. 80-90 Celsius fok).

További tervezési korlátozások:

• Előfordulhat, hogy egyes területeken nincs megfelelő hozzáférés az áramhoz, lehet, hogy alapvető hordozható napelemekkel, elemekkel stb. Kell táplálni.

• A rezgés és az egyensúly problémát okozhat

• Képesnek kell lennie magas fordulatszámot leadni akár 15 perces vagy annál hosszabb ideig, ami nagy mechanikai igénybevételt eredményez egyes alkatrészeken

• Előfordulhat, hogy a felhasználók nem rendelkeznek tapasztalattal a berendezések használatában, és támogatást igényelnek a technikai akadályok csökkentéséhez

4. lépés: A kezdeti/alapmodul tervezése

A fenti kialakítás a lehető legjobban kihasználja a teret, hogy elegendő helyet biztosítson a belső elektronikai alkatrészek számára, és elegendő nagy sugarat biztosít a különböző centrifuga rotorok és csövek méretezéséhez. A formatervezés „összecsukható” stílusát úgy választottuk, hogy kiküszöbölje a támasztóanyag igényét a gyártás során, és lehetővé tegye az egyszerű nyomtatást, javítást és gyártást mind az additív, mind a szubsztraktív gyártásban. Ezenkívül a kisebb egyedi alkatrészek nyomtatása csökkenti a nyomtatási hiba/hiba hatását, és lehetővé teszi a nyomtatóágyméretek szélesebb választékának használatát.

A moduláris felépítés kihasználásával sokféle típusú centrifugális tálat lehet csatlakoztatni a készülékhez. Ezen alkatrészek gyors módosítása és gyártása az additív gyártás révén lehetővé teszi a gyártott G-erő és a feldolgozott minta méretének/típusának megváltoztatását. Ez előnyt biztosít számára a hagyományos gépekkel szemben, és innovatív megközelítést biztosít a gépek végfelhasználói igényekhez igazodó tervezéséhez. Továbbá, a ballaszttartályok lehetőséget nyújtanak a támogatás növelésére és a rezgések csillapítására.

5. lépés: Alkatrészlista

3D nyomtatott részek: A fájlok feltöltésre kerülnek a Github -ra és a thingiverse -re, és mielőbb frissülnek.

• 1 x orsó csavar
• 1 x Rotor anya
• 1 x fedél anya
• 1 x fő fedél
• 4 x rotor test
• 1 x rögzített szögű rotor
• 4 x felső/alsó előtét
• 2 x oldalsó előtét

Elektronika: (linkek a termékekre hamarosan)

Arduino Nano (8-10 dollár)

Csatlakozó vezetékek (<$ 0,2)

Elektronikus sebességszabályozó (8-10 dollár)

Kefe nélküli egyenáramú motor 12V ($ 15-25)

Potenciométer (0,1 USD)

Li-po újratölthető akkumulátor (15-25 dollár)

6. lépés: Alkatrészek nyomtatása:

Az összes alkatrész elérhető a github -ról itt: A thingiverse -ről is elérhető itt:

3D nyomtatott alkatrészek: 1 x orsócsavar

1 x Rotor anya

1 x fedél anya

1 x fő fedél

4 x rotor test

1 x rögzített szögű rotor

4 x felső/alsó előtét

2 x oldalsó előtét

A Cura általános huzatbeállításai, vagy hasonlóak a kiválasztott szeletelő szoftverekben, jó iránymutatás az összes test és előtét nyomtatásához.

7. lépés: Összeszerelés: Első lépés

• Készítse elő a következő alkatrészeket az összeszereléshez az ábrán látható módon:

  • Centrifuga alap
  • Komponens burkolat
  • 4 x rotor test
• Minden alkatrésznek szorosan illeszkednie kell egymáshoz, és megfelelő ragasztóval kell rögzíteni

8. lépés: Összeszerelés: Elektronikus alkatrészek

Készítse elő a következő elektronikus alkatrészeket a teszteléshez:

• DC motor és ECS
• Akkumulátor
• Arduino Nano
• Kenyeretábla
• Potenciométer
• Jumper vezetékek

Az arduino kódolása és utasításai itt találhatók:

Cikk:

A tesztmotor simán működik és reagál a potenciométerre. Ha igen, akkor szerelje be az elektronikát a burkolatba, és ellenőrizze, hogy a motor simán és kis rezgéssel működik -e.

A pontos elhelyezésről hamarosan képeket is hozzáadunk.

9. lépés: Összeszerelés: A rotor és a fonócsavar rögzítése

Gyűjtse össze a rotort, a görgőket, a fonót és a fonó anyákat.

Győződjön meg arról, hogy minden alkatrész jól illeszkedik. A csiszolás segíthet, ha túl szoros a rögzítés.

Győződjön meg arról, hogy a forgórész sima pályával rendelkezik, és nem csúszik vagy billeg túlzottan. Egy lapos edény kinyomtatható vagy kivágható akrilból, hogy szükség esetén stabilizálja.

Miután az alkatrészeket csiszolták és szerelték, rögzítse a fonócsavart a motor orsójához, és rögzítse a forgórészt az anyákkal az ábrán látható módon.

A rotor eltávolítható a minták ki- és berakásához, vagy a rotortípusok megváltoztatásához.

10. lépés: Összeszerelés: előtét és fedelek

Gyűjtsön össze felső és oldalsó előtéttartályokat, ezek támasztó, súlyozó és rezgéscsillapítók.

Az alkatrészeknek össze kell illeszkedniük, és megtöltve a helyükön kell maradniuk. Szükség esetén az alkatrészek szuperragasztóval vagy hasonló ragasztóval rögzíthetők.

A rotor feletti főfedélnek biztonságosan illeszkednie kell, ha a felső rotor anyával rögzítik.

Az alkatrészeknek illeszkedniük kell a képen látható módon.

11. lépés: Következtetés

A távoli elhelyezkedésű egészségügyi dolgozók szembesülnek a gazdasági és logisztikai akadályokkal, amelyek a létfontosságú orvosi és diagnosztikai eszközök és alkatrészek beszerzésével és karbantartásával kapcsolatosak. Az alapvető berendezésekhez, például centrifugákhoz és szivattyúrendszerekhez való hozzáférés hiánya halálos várakozási időhöz és téves diagnózishoz vezethet.

Ez a kialakítás elérte a kívánt eredményt, mivel megmutatta, hogy megvalósítható nyílt forrású orvosi eszköz (mikrocentrifuga) létrehozása, asztali gyártási technikák és alapvető elektronikus alkatrészek felhasználásával. Előállítható a kereskedelemben kapható gépek árának tizedével, és könnyen javítható vagy szétszerelhető, hogy az alkatrészeket más eszközökben is felhasználhassák, csökkentve a gazdasági korlátokat. Az elektronikus alkatrészek állandó megbízható áramellátást biztosítanak a leggyakoribb vérminták feldolgozásához szükséges ideig, és jobb diagnosztikát nyújtanak, mint a kézi vagy kimeneti egységek alacsony infrastrukturális területeken. Ennek a kialakításnak a megvalósíthatósága jövőbeli lehetőségeket rejt magában az orvosi eszközök moduláris, nyílt forráskódú platformjának kifejlesztésében, amely az alkatrészek alapvető készletét használja különböző berendezések, például perisztaltikus szivattyúk vagy mikroszentrifugák meghajtásához. A nyílt forráskódú fájlok könyvtárának létrehozásával egyetlen FDM nyomtatóhoz való hozzáférés számos alkatrész előállítására használható, a végfelhasználó által igényelt tervezési ismeretekkel alig. Ez kiküszöbölné az alapvető alkatrészek szállításával kapcsolatos logisztikai problémákat, időt és életeket takaríthat meg.