Mikrosentrifugi Avoin biolääketieteellinen laite: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämä on meneillään oleva projekti, joka päivitetään yhteisön tuella sekä lisätutkimuksella ja opastuksella

Tämän projektin tavoitteena on luoda avoimia, modulaarisia laboratoriolaitteita, jotka on helppo kuljettaa ja jotka on rakennettu halvalla hankituista osista sairauksien diagnosoimiseksi syrjäisillä ja matalan infrastruktuurin alueilla

Tämä on meneillään oleva avoimen lähdekoodin projekti, jonka tehtävänä on tarjota modulaarinen alusta lääketieteellisille laitteille, jota voidaan helposti muokata ja laajentaa edullisesti

Aluksi suunnitellaan modulaarinen akku ja tasavirtamoottoripaketti sekä mikrosentrifugi

Se hakee avoimen lähdekoodin online-yhteisön apua avustamaan tuessa, muokkaamisessa ja muissa suunnitelmissa kohdentaakseen syrjäisen ja maaseudun terveydenhuollon työntekijöiden yksilölliset erityistarpeet

VASTUUVAPAUSLAUSEKE: Projekti on edelleen suunnittelun ja toimivuuden testauksessa, eikä se vielä sovellu MITÄÄN diagnostisiin tai kliinisiin sovelluksiin. Elektroniikka ja moottorit on koottava ja käytettävä lukijoiden omalla vastuulla

Vaihe 1: Ongelma- ja suunnitteluilmoitukset

Ongelma:

Koska laboratorioiden ja kliinisten laitteiden saatavuus sairauksien diagnosoinnissa ja hoidossa ei ole mahdollista, monet voivat välttää kuolemia syrjäisillä ja matalan infrastruktuurin alueilla. Erityisesti luotettavien perus sentrifugien saatavuuden puute riistää terveydenhuollon työntekijöiltä elintärkeän välineen veren välittämien patogeenien, kuten aidsin ja malarian, torjunnassa.

Suunnittelu: Suunnitella mikrosentrifugi, modulaarinen akku ja tasavirtamoottoripaketti, jotka auttavat diagnosoimaan ja hoitamaan veren välittämien patologioiden (taudinaiheuttajat ja loiset) aiheuttamia sairauksia. Hyödyntämällä lisäaineiden valmistustekniikoita, jos se on kannattavaa, tällä suunnittelulla pyritään parantamaan siirrettävyyttä ja vähentämään hengenpelastusteknologioiden taloudellisia esteitä.

Vaihe 2: Suunnittelun perustelut:

Tämän suunnittelun tarkoituksena on tuottaa mikrosentrifugi, joka soveltuu maaseutualueiden korvaavaan käyttöön hyödyntämällä työpöydän FDM 3D -tulostusta, laserleikkausta ja harrastuslaatua. Näin tehdessään on toivottavaa, että laite on monenlaisten terveydenhuollon ammattilaisten saatavilla, joilla on vaihtelevat resurssit.

Kun suunnittelet sentrifugiroottoria (osa suunnittelua, joka pitää koeputket):

Näytteiden erottamiseen tarvittava G-voima riippuu halutusta näytetyypistä, ja keskimääräiset voimat veren erottamiseksi sen ainesosiin vaihtelevat 1 000-2 000 g (thermofisher.com)

Kierrosluvun laskeminen RFC: ksi (G-voima) voidaan laskea käyttämällä RCF = (rpm) 2 × 1,118 × 10-5 × r, jossa 'r' on roottorin säde (bcf.technion.ac.il)

Vaihe 3: Suunnittelunäkökohdat

Lisäaineiden valmistukseen liittyvät näkökohdat:

• Kerroksen huono tarttuvuus voi aiheuttaa huonon vetolujuuden ja osan vaurioitumisen

• Vaadittavat ominaisuudet vaihtelevat materiaalien mukaan. Jotkut tarjoavat hyvän sivuttaisjännityksen ja puristuslujuuden pienellä painolla ja hinnalla

• Oikeita asetuksia on käytettävä G-koodin viipaloinnin aikana, jotta halutut materiaalin ominaisuudet saavutetaan

• Tällä tekniikalla valmistettujen osien pitkäikäisyys on suhteellisen alhainen verrattuna kalliimpia tekniikoita ja materiaaleja, kuten CNC -jyrsintämetalleja käyttäviin osiin.

• Kestomuovien siirtymälämpötila on suhteellisen alhainen, joten alhainen käyttölämpötila on säilytettävä (<n. 80-90 celsiusastetta).

Muita suunnittelurajoituksia:

• Joillakin alueilla ei ehkä ole riittävästi virtaa, ja ne voivat joutua toimimaan kannettavalla perusperäisellä aurinkopaneelilla, paristoilla jne.

• Tärinä ja tasapaino voivat olla ongelma

• Pitää pystyä tuottamaan korkeita kierroslukuja jopa 15 minuutin ajan tai pidempään, mikä aiheuttaa suurta mekaanista rasitusta joillekin osille

• Käyttäjät eivät välttämättä ole kokeneita laitteiden käytössä ja tarvitsevat tukea teknisten esteiden alentamiseksi

Vaihe 4: Alkumoduulin/perusmoduulin suunnittelu

Yllä oleva muotoilu hyödyntää parhaiten tilaa tarjotakseen riittävästi tilaa sisäisille elektronisille komponenteille ja varmistaa riittävän suuren säteen erilaisille sentrifugiroottoreille ja putkien koolle. Suunnittelun”napsauta yhteen” -tyyli on valittu poistamaan tukimateriaalin tarve tuotannon aikana ja mahdollistamaan helppo tulostus, korjaus ja valmistus sekä lisä- että vähennyslaskutuotannossa. Lisäksi pienempien yksittäisten osien tulostaminen vähentää tulostusvirheiden/-virheiden vaikutusta ja mahdollistaa useampien tulostusvuorikokojen käytön.

Käyttämällä modulaarista rakennetta laitteeseen voidaan kiinnittää monia erityyppisiä keskipakokulhoja. Näiden osien nopeat muutokset ja valmistus lisäaineiden valmistuksen avulla mahdollistavat muutokset tuotettuun G-voimaan ja näytteen kokoon/tyyppiin. Tämä antaa sille edun perinteisiin koneisiin verrattuna ja tarjoaa innovatiivisen lähestymistavan koneiden suunnitteluun loppukäyttäjän tarpeiden mukaan. Lisäksi painolastisäiliöt tarjoavat mahdollisuuden lisätä tukea ja vaimentaa tärinää

Vaihe 5: Osaluettelo

3D -tulostetut osat: Tiedostot ladataan Githubiin ja thingiverseen ja päivitetään mahdollisimman pian.

• 1 x kararuuvi
• 1 x Roottorin mutteri
• 1 x kannen mutteri
• 1 x pääkansi
• 4 x roottorin runko
• 1 x kiinteä kulma roottori
• 4 x ylä-/alapaino
• 2 x sivuliitäntälaite

Elektroniikka: (Linkit tuotteisiin pian)

Arduino Nano (8-10 dollaria)

Liitinjohdot (<$ 0.2)

Elektroninen nopeudensäädin (8-10 dollaria)

Harjaton DC-moottori 12V (15-25 dollaria)

Potentiometri (0,1 dollaria)

Ladattava Li-po-akku (15-25 dollaria)

Vaihe 6: Osien tulostaminen:

Kaikki osat ovat saatavilla githubista täältä: Saatavana myös osoitteesta thingiverse täältä:

3D -painetut osat: 1 x kararuuvi

1 x Roottorin mutteri

1 x kannen mutteri

1 x pääkansi

4 x roottorin runko

1 x kiinteä kulma roottori

4 x ylä-/alapaino

2 x sivuliitäntälaite

Curan yleiset vedosasetukset tai vastaavat valitussa viipalointiohjelmistossa ovat hyvä ohje kaikkien kehon ja painolastien tulostamiseen.

Vaihe 7: Kokoaminen: Ensimmäinen vaihe

• Valmistele seuraavat osat kokoonpanoon kuvan mukaisesti:

  • Sentrifugipohja
  • Komponenttikotelo
  • 4 x roottorin runko
• Kaikkien osien tulee sopia tiiviisti yhteen ja kiinnittää sopivilla liimoilla

Vaihe 8: Kokoonpano: elektroniset komponentit

Valmistele seuraavat elektroniset komponentit testausta varten:

• DC -moottori ja ECS
• Akku
• Arduino Nano
• Leipälauta
• Potentiometri
• Hyppyjohdot

Arduino -ohjelman koodaus ja ohjeet löytyvät täältä:

Artikkelin

Testimoottori toimii tasaisesti ja reagoi potentiometriin. Jos näin on, asenna elektroniikka koteloon ja testaa, että moottori toimii tasaisesti ja vähän tärinää.

Kuvia tarkasta sijoittelusta lisätään pian.

Vaihe 9: Asennus: Roottorin ja pyöritysruuvin kiinnitys

Kerää roottori, rullat, kehruu- ja pyöritysmutterit.

Varmista, että kaikki osat ovat kunnolla kiinni. Hionta voi auttaa, jos sovitus on liian tiukka.

Varmista, että roottori kulkee tasaisesti ja ettei se liiku tai heiluta liikaa. Litteä astia voidaan tulostaa tai leikata akryylistä vakauden lisäämiseksi tarvittaessa.

Kun osat on hiottu ja asennettu, kiinnitä pyörivä ruuvi moottorin karaan ja kiinnitä roottori muttereilla kuvan osoittamalla tavalla.

Roottori voidaan irrottaa näytteiden purkamista ja lastausta tai roottorityyppien vaihtamista varten.

Vaihe 10: Kokoonpano: painolasti ja kannet

Kerää ylä- ja sivupastointisäiliöt, jotka toimivat tukena, painona ja vaimennuksena.

Osien tulee olla paikoillaan ja pysyä paikoillaan täytettynä. Tarvittaessa osat voidaan kiinnittää yhteen superliimalla tai vastaavalla liimalla.

Roottorin päällä olevan pääkannen on oltava tiukasti kiinni, kun se kiinnitetään roottorin ylemmällä mutterilla.

Osien tulee sopia kuvan mukaisesti.

Vaihe 11: Johtopäätös

Etäpaikalla sijaitsevat terveydenhuollon työntekijät kohtaavat taloudellisten ja logististen esteiden haasteen, joka liittyy elintärkeiden lääketieteellisten ja diagnostisten laitteiden ja osien hankkimiseen ja ylläpitoon. Peruslaitteiden, kuten sentrifugien ja pumppujärjestelmien, puuttuminen voi johtaa kuolemaan johtaviin odotusaikoihin ja virheelliseen diagnoosiin.

Tämä malli on saavuttanut toivotun tuloksen osoittamalla, että on mahdollista luoda avoimen lähdekoodin lääkinnällinen laite (mikrosentrifugi) käyttämällä työpöytävalmistustekniikoita ja elektronisia peruskomponentteja. Se voidaan valmistaa kymmenesosa kaupallisesti saatavilla olevien koneiden kustannuksista ja helposti korjattava tai purettava osia varten, jotta niitä voidaan käyttää muissa laitteissa, mikä alentaa taloudellisia esteitä. Elektroniset komponentit tarjoavat jatkuvaa luotettavaa virtaa tarvittavan ajan useimpien verinäytteiden käsittelyyn ja tarjoavat paremman diagnoosin kuin käsikäyttöiset tai ulostuloyksiköt matalan infrastruktuurin alueilla. Tämän suunnittelun toteutettavuudella on tulevaisuudessa potentiaalia kehittää modulaarinen avoimen lähdekoodin lääketieteellisiä laitteita, joissa käytetään ydinsarjaa eri laitteiden, kuten peristalttisten pumppujen, tai kuten tässä mallissa, mikrosentrifugien käyttämiseen. Kun avoimen lähdekoodin kirjasto on perustettu, yhdellä FDM -tulostimella voitaisiin valmistaa erilaisia osia ilman loppukäyttäjän vaatimaa suunnittelua. Tämä poistaisi peruskomponenttien toimittamiseen liittyvät logistiset ongelmat, säästäen aikaa ja ihmishenkiä.