Mikrosentrifuge Biomedisinsk enhet med åpen kildekode: 11 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Dette er et pågående prosjekt som vil bli oppdatert med samfunnsstøtte og videre forskning og instruksjon

Målet med dette prosjektet er å lage åpen, modulær laboratorieutstyr som er lett å transportere og bygget av billige deler for å hjelpe til med å diagnostisere sykdommer i avsidesliggende og lave infrastrukturområder

Dette vil være et pågående åpent prosjekt med oppdraget å tilby en modulær plattform for medisinsk utstyr, som enkelt kan endres og utvides til lave kostnader

De første designene vil være for et modulbatteri og likestrømsmotor og mikro-sentrifuge

Den vil søke hjelp fra det åpne open source-fellesskapet for å bistå med støtte, modifisering og videre design for å målrette de individuelle behovene til helsepersonell i fjerntliggende og landlige omgivelser

ANSVARSFRASKRIVELSE: Prosjektet er fortsatt under design- og funksjonalitetstesting og er ennå ikke egnet for noen diagnostisk eller klinisk anvendelse. Elektronikk og motorer skal monteres og brukes på lesers egen risiko

Trinn 1: Problem- og designerklæringer

Problemstilling:

Mangelen på tilgang til laboratorie- og klinisk utstyr for å hjelpe til med diagnostisering og behandling av sykdommer fører til at mange kan dø i fjerntliggende og lave infrastrukturområder. Spesielt fjerner mangelen på tilgang til grunnleggende pålitelige sentrifuger helsepersonell et viktig verktøy i kampen mot blodbårne patogener som AIDS og malaria.

Designerklæring: For å designe en mikrosentrifuge og modulbatteri og DC-motorpakke, for å hjelpe til med diagnostisering og behandling av sykdommer forårsaket av blodbårne patologier (patogener og parasitter). Ved å bruke additive produksjonsteknikker der det er levedyktig, søker dette designet å forbedre bærbarhet og lavere økonomiske barrierer for livreddende teknologier.

Trinn 2: Designgrunnlag:

Denne designen er rettet mot å produsere en mikrosentrifuge som er egnet for erstatningsbruk i landlige områder ved å benytte desktop FDM 3D -utskrift, laserskjæring og elektronikk i hobbyklasse. På den måten håper man at enheten vil være tilgjengelig for et stort utvalg av helsepersonell med varierende tilgang til ressurser.

Når du designer sentrifugerotoren (en del av konstruksjonen som inneholder prøverør):

Den nødvendige G-kraften for separering av prøver er avhengig av ønsket prøvetype, med gjennomsnittlige krefter for å separere blod i dets bestanddeler i området 1 000-2 000 g (thermofisher.com)

Beregningen av turtall til RFC (G-kraft) kan beregnes ved hjelp av RCF = (o / min) 2 × 1.118 × 10-5 × r, hvor 'r' er rotoren til rotoren (bcf.technion.ac.il)

Trinn 3: Designhensyn

Additive produksjonshensyn:

• Dårlig vedheft kan oppstå, noe som kan føre til dårlig strekkfasthet og delskader

• Egenskaper som kreves, vil variere med materialer. Noen tilbyr god lateral belastning og kompresjonsstyrke til en lav vekt og pris

• Korrekte innstillinger under skjæringen av G-koden må brukes for å sikre at de ønskede materialegenskapene oppnås

• Levetiden til deler som produseres ved hjelp av denne teknikken er relativt lav i forhold til de som bruker dyrere teknikker og materialer som CNC -fresemetaller.

• Termoplast har en relativt lav overgangstemperatur, så en lav driftstemperatur må opprettholdes (<ca. 80-90 celcius) • 3D-trykte design med åpen kildekode lar brukerne modifisere design som passer deres behov og begrensninger

Ytterligere designbegrensninger:

• Noen områder har kanskje ikke tilstrekkelig tilgang til strøm, må kanskje drives av grunnleggende bærbare solceller, batterier osv.

• Vibrasjon og balanse kan være et problem

• Må kunne levere høyt turtall i perioder på opptil 15 minutter eller mer, noe som resulterer i høy mekanisk belastning på noen deler

• Det er ikke sikkert at brukerne har erfaring med bruk av utstyr og krever støtte for å senke den tekniske barrieren

Trinn 4: Innledende/basismoduldesign

Designet ovenfor utnytter plassen best for å gi tilstrekkelig plass til interne elektroniske komponenter og sikrer en stor nok radius for en rekke sentrifugerotorer og rørstørrelser. Designen "klikker sammen" er valgt for å eliminere behovet for støttemateriale under produksjonen og for å gjøre det enkelt å skrive ut, reparere og produsere både additiv og subtraktiv produksjon. I tillegg vil utskrift av mindre enkeltdeler redusere virkningen av utskriftssvikt/feil, og tillate et større utvalg av størrelser på utskriftssengene.

Ved å dra nytte av en modulær design, kan mange forskjellige typer sentrifugalskåler festes til enheten. Raske modifikasjoner og produksjon av disse delene gjennom additiv produksjon tillater endringer i produsert G-kraft, og prøvestørrelse/type behandlet. Dette bidrar til å gi det en fordel i forhold til tradisjonelle maskiner og gir en innovativ tilnærming til å designe maskiner rundt sluttbrukerens behov. Videre gir ballastbeholderne en mulighet til å legge til støtte og dempe vibrasjoner

Trinn 5: Deleliste

3D -trykte deler: Filer lastes opp til Github og thingiverse og oppdateres så snart som mulig.

• 1 x spindelskrue
• 1 x rotormutter
• 1 x lokkemutter
• 1 x hovedlokk
• 4 x rotorkropp
• 1 x fast vinkelrotor
• 4 x topp/bunn ballast
• 2 x sideballast

Elektronikk: (Lenker til produkter snart)

Arduino Nano ($ 8-10)

Kontaktledninger (<$ 0,2)

Elektronisk hastighetskontroller ($ 8-10)

Børsteløs DC-motor 12V ($ 15-25)

Potensiometer ($ 0,1)

Li-po oppladbart batteri ($ 15-25)

Trinn 6: Utskrift av deler:

Alle deler er tilgjengelige fra github her: Også tilgjengelig fra thingiverse her:

3d trykte deler: 1 x spindelskrue

1 x rotormutter

1 x lokkemutter

1 x hovedlokk

4 x rotorkropp

1 x fast vinkelrotor

4 x topp/bunn ballast

2 x sideballast

De generelle utkastinnstillingene fra Cura, eller lignende i valgt slicer -programvare, er en god retningslinje for utskrift av alle kropps- og ballastdeler.

Trinn 7: Montering: Første trinn

• Forbered følgende deler for montering som vist:

  • Sentrifuger base
  • Komponenthus
  • 4 x rotorkropp
• Alle deler skal passe godt sammen og festes med passende lim

Trinn 8: Montering: Elektroniske komponenter

Forbered følgende elektroniske komponenter for testing:

• Likestrømsmotor og ECS
• Batteri
• Arduino Nano
• Brødbrett
• Potensiometer
• Jumper ledninger

Koding og instruksjon for arduinoen finner du her:

Artikkel av

Testmotoren går jevnt og reagerer på potensiometeret. Hvis det er det, må du installere elektronikken i huset og teste at motoren går jevnt og med liten vibrasjon.

Bilder av nøyaktig plassering vil bli lagt til snart.

Trinn 9: Montering: Montering av rotor og spinneskrue

Samle rotor, ruller, spinner og spinnemutter.

Sørg for at alle delene har en god passform. Sliping kan hjelpe hvis passformen er for stram.

Sørg for at rotoren har en jevn bane og ikke hopper eller vingler for mye. En flat tallerken kan skrives ut eller kuttes i akryl for å hjelpe til med stabilitet om nødvendig.

Når deler er slipt og montert, festes spinneskruen til motorspindelen og festes rotoren med mutrene som vist.

Rotor kan fjernes for lossing og lasting av prøver, eller for endring av rotortyper.

Trinn 10: Montering: Ballast og lokk

Samle topp- og sideballastbeholdere, disse vil fungere som støtte, vekting og vibrasjonsdemping.

Deler skal samles og forbli på plass når de er fylt. Om nødvendig kan deler festes sammen med superlim eller lignende lim.

Hovedlokket over rotoren skal passe godt når den festes med den øverste rotormutteren.

Delene skal passe som vist på bildet.

Trinn 11: Konklusjon

Helsepersonell på fjerntliggende steder står overfor utfordringen med økonomiske og logistiske barrierer knyttet til å skaffe og vedlikeholde viktige medisinske og diagnostiske enheter og deler. Manglende tilgang til grunnutstyr som sentrifuger og pumpesystemer kan føre til dødelig ventetid og feildiagnose.

Denne designen har oppnådd ønsket resultat ved å vise at det er mulig å lage et åpent medisinsk utstyr (en mikrosentrifuge) ved bruk av stasjonære produksjonsteknikker og grunnleggende elektroniske komponenter. Den kan produseres til en tidel av kostnaden for kommersielt tilgjengelige maskiner, og enkelt repareres eller demonteres for at deler skal brukes i andre enheter, noe som reduserer økonomiske barrierer. De elektroniske komponentene gir konstant pålitelig effekt for tiden som kreves for å behandle de vanligste blodprøvene, og gir bedre diagnostikk enn hånddrevne eller utløpsenheter i områder med lav infrastruktur. Gjennomførbarheten av denne designen har fremtidig potensial i utviklingen av en modulær åpen plattform for medisinsk utstyr, ved hjelp av et kjernesett med komponenter for å drive forskjellige utstyr som peristaltiske pumper, eller som i denne designen, mikrosentrifuger. Med etableringen av et bibliotek med åpne filer, kan tilgang til en enkelt FDM -skriver brukes til å produsere en rekke deler, med liten kunnskap om design som kreves av sluttbrukeren. Dette ville eliminere de logistiske problemene knyttet til forsendelse av grunnleggende komponenter, noe som sparer tid og liv.