Mikrowirówka Urządzenie biomedyczne z otwartym źródłem: 11 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

To trwający projekt, który zostanie zaktualizowany o wsparcie społeczności oraz dalsze badania i instrukcje

Celem tego projektu jest stworzenie otwartego, modułowego sprzętu laboratoryjnego, który jest łatwy w transporcie i zbudowany z tanich części, aby pomóc w diagnozowaniu chorób w odległych i słabo rozwiniętych obszarach

Będzie to trwający projekt typu open source, którego misją jest dostarczenie modułowej platformy dla urządzeń medycznych, którą można łatwo modyfikować i rozbudowywać przy niskich kosztach

Wstępne projekty będą dotyczyły modułowej baterii i zestawu silników prądu stałego oraz mikrowirówki

Będzie szukać pomocy w internetowej społeczności open-source, aby pomóc we wsparciu, modyfikacji i dalszych projektach, aby zaspokoić indywidualne, specyficzne potrzeby pracowników służby zdrowia w odległych i wiejskich lokalizacjach

OŚWIADCZENIE: Projekt jest nadal w fazie projektowania i testowania funkcjonalności i nie nadaje się jeszcze do ŻADNEGO zastosowania diagnostycznego lub klinicznego. Elektronika i silniki są montowane i używane na własne ryzyko czytelnika

Krok 1: Stwierdzenia dotyczące problemów i projektu

Oświadczenie o problemie:

Brak dostępu do sprzętu laboratoryjnego i klinicznego pomagającego w diagnozowaniu i leczeniu chorób prowadzi do możliwych do uniknięcia zgonów wielu osób na odległych i słabo rozwiniętych obszarach. W szczególności brak dostępu do podstawowych niezawodnych wirówek pozbawia pracowników służby zdrowia istotnego narzędzia w walce z patogenami przenoszonymi przez krew, takimi jak AIDS i malaria.

Oświadczenie projektowe: Zaprojektowanie mikrowirówki, modułowej baterii i zestawu silników prądu stałego, aby pomóc w diagnozowaniu i leczeniu chorób spowodowanych patologiami przenoszonymi przez krew (patogeny i pasożyty). Wykorzystując techniki wytwarzania przyrostowego tam, gdzie jest to wykonalne, projekt ten ma na celu poprawę przenośności i obniżenie barier ekonomicznych związanych z technologiami ratującymi życie.

Krok 2: Uzasadnienie projektu:

Ten projekt ma na celu wyprodukowanie mikrowirówki nadającej się do użytku zastępczego na obszarach wiejskich, wykorzystującej biurkowy druk 3D FDM, cięcie laserowe i elektronikę dla hobbystów. Oczekuje się, że w ten sposób urządzenie będzie dostępne dla szerokiego grona pracowników służby zdrowia o różnym dostępie do zasobów.

Podczas projektowania wirnika wirówki (część konstrukcji, w której znajdują się probówki):

Wymagana siła G do rozdzielenia próbek zależy od pożądanego typu próbki, a średnie siły do rozdzielenia krwi na jej składniki wahają się od 1000 do 2000 g (thermofisher.com)

Obliczenie RPM do RFC (siła przeciążenia) można obliczyć za pomocą RCF = (rpm)2 × 1,118 × 10-5 × r, gdzie „r” jest promieniem wirnika (bcf.technion.ac.il)

Krok 3: Rozważania projektowe

Uwagi dotyczące wytwarzania przyrostowego:

• Może wystąpić słaba przyczepność warstw, co skutkuje słabą wytrzymałością na rozciąganie i uszkodzeniem części

• Wymagane właściwości różnią się w zależności od materiałów. Niektóre oferują dobrą wytrzymałość na odkształcenia boczne i ściskanie przy niskiej wadze i kosztach

• Podczas krojenia kodu G należy zastosować prawidłowe ustawienia, aby zapewnić uzyskanie pożądanych właściwości materiału

• Trwałość części wytwarzanych tą techniką jest stosunkowo niska w porównaniu z częściami wykorzystującymi droższe techniki i materiały, takie jak frezowanie metali CNC.

• Tworzywa termoplastyczne mają stosunkowo niską temperaturę przejścia, dlatego należy utrzymywać niską temperaturę roboczą (< ok. 80-90 stopni Celsjusza) • Drukowane projekty 3D na zasadach open source pozwolą użytkownikom modyfikować projekty zgodnie z ich potrzebami i ograniczeniami

Dalsze ograniczenia projektowe:

• Niektóre obszary mogą nie mieć odpowiedniego dostępu do zasilania, mogą wymagać zasilania zwykłymi przenośnymi bateriami słonecznymi, bateriami itp.

• Problemem mogą być wibracje i równowaga

• Musi być w stanie generować wysokie obroty na minutę przez okres do 15 minut lub dłużej, co powoduje duże naprężenia mechaniczne niektórych części

• Użytkownicy mogą nie mieć doświadczenia w korzystaniu ze sprzętu i będą potrzebować wsparcia w celu obniżenia bariery technicznej

Krok 4: Projekt modułu początkowego/bazowego

Powyższa konstrukcja najlepiej wykorzystuje przestrzeń, aby zapewnić odpowiednią przestrzeń dla wewnętrznych elementów elektronicznych i zapewnia wystarczająco duży promień dla różnych wirników wirówek i rozmiarów probówek. Styl projektu „zatrzaśnij razem” został wybrany w celu wyeliminowania potrzeby stosowania materiału pomocniczego podczas produkcji i umożliwienia łatwego drukowania, naprawy i wytwarzania zarówno w produkcji addytywnej, jak i subtraktywnej. Dodatkowo, drukowanie mniejszych pojedynczych części zmniejszy wpływ niepowodzeń/błędów drukowania i pozwoli na zastosowanie większej różnorodności rozmiarów stołu.

Dzięki modułowej konstrukcji do urządzenia można dołączyć wiele różnych typów bębnów wirówkowych. Szybkie modyfikacje i produkcja tych części poprzez wytwarzanie addytywne pozwalają na zmiany w wytwarzanym przeciążeniu i przetwarzaniu rozmiaru/typu próbki. Daje mu to przewagę nad tradycyjnymi maszynami i zapewnia innowacyjne podejście do projektowania maszyn zgodnie z potrzebami użytkownika końcowego. Ponadto zbiorniki balastowe zapewniają możliwość dodania podparcia i tłumienia wibracji

Krok 5: Lista części

Części drukowane w 3D: Pliki zostaną przesłane do Github i thingiverse i zaktualizowane tak szybko, jak to tylko możliwe.

• 1 x śruba wrzeciona
• 1 x nakrętka wirnika
• 1 x nakrętka pokrywy
• 1 x pokrywa główna
• 4 x korpus wirnika
• 1 x wirnik o stałym kącie
• 4 x balast górny/dolny
• 2 x balast boczny

Elektronika:(Wkrótce linki do produktów)

Arduino Nano (8-10 USD)

Przewody łączące (<0,2 USD)

Elektroniczny regulator prędkości (8-10 USD)

Bezszczotkowy silnik prądu stałego 12 V (15-25 USD)

Potencjometr (0,1 USD)

Akumulator Li-po (15-25 USD)

Krok 6: Drukowanie części:

Wszystkie części są dostępne na githubie tutaj: Dostępne również zthingiverse tutaj:

Części drukowane 3d: 1 x śruba wrzeciona

1 x nakrętka wirnika

1 x nakrętka pokrywy

1 x pokrywa główna

4 x korpus wirnika

1 x wirnik o stałym kącie

4 x balast górny/dolny

2 x balast boczny

Ogólne ustawienia szkicu z Cura lub podobne w wybranym oprogramowaniu do krajalnic są dobrą wskazówką do drukowania wszystkich części ciała i balastu.

Krok 7: Montaż: pierwszy krok

• Przygotuj następujące części do montażu zgodnie z ilustracją:

  • Podstawa wirówki
  • Obudowa komponentów
  • 4 x korpus wirnika
• Wszystkie części powinny ściśle do siebie pasować i być zabezpieczone odpowiednimi klejami

Krok 8: Montaż: komponenty elektroniczne

Przygotuj do testów następujące elementy elektroniczne:

• Silnik prądu stałego i ECS
• Bateria
• Arduino Nano
• Deska do krojenia chleba
• Potencjometr
• Przewody połączeniowe

Kodowanie i instrukcję dla arduino można znaleźć tutaj:

Artykuł autorstwa

Silnik testowy działa płynnie i reaguje na potencjometr. Jeśli tak, zainstaluj elektronikę w obudowie i sprawdź, czy silnik pracuje płynnie i z niewielkimi wibracjami.

Zdjęcia z dokładnym rozmieszczeniem zostaną dodane wkrótce.

Krok 9: Montaż: mocowanie wirnika i śruby spinner

Zbierz wirnik, rolki, Spinner i nakrętki spinner.

Upewnij się, że wszystkie części są dobrze dopasowane. Szlifowanie może pomóc, jeśli dopasowanie jest zbyt ciasne.

Upewnij się, że rotor ma gładką ścieżkę i nie przeskakuje ani nie chybocze się nadmiernie. Płaskie naczynie można wydrukować lub wyciąć z akrylu, aby w razie potrzeby zwiększyć stabilność.

Po przeszlifowaniu i dopasowaniu części przymocuj śrubę obrotową do wrzeciona silnika i zabezpiecz wirnik nakrętkami, jak pokazano.

Rotor można wyjąć w celu wyładowania i załadowania próbek lub w celu zmiany typu rotora.

Krok 10: Montaż: balast i pokrywy

Zbierz górne i boczne pojemniki balastowe, które będą działały jako podparcie, obciążenie i tłumienie drgań.

Części powinny przylegać do siebie i pozostawać na swoim miejscu po napełnieniu. W razie potrzeby części można zabezpieczyć razem za pomocą super kleju lub podobnego kleju.

Główna pokrywa nad rotorem powinna być dobrze dopasowana po przymocowaniu górną nakrętką rotora.

Części powinny pasować tak, jak pokazano na rysunku.

Krok 11: Wniosek

Pracownicy opieki zdrowotnej w lokalizacji zdalnej stoją przed wyzwaniem związanym z barierami ekonomicznymi i logistycznymi związanymi z pozyskiwaniem i konserwacją niezbędnych urządzeń i części medycznych i diagnostycznych. Brak dostępu do podstawowego wyposażenia, takiego jak wirówki i systemy pomp, może prowadzić do fatalnych czasów oczekiwania i błędnej diagnozy.

Projekt ten osiągnął pożądany rezultat, pokazując, że możliwe jest stworzenie urządzenia medycznego typu open source (mikrowirówki) przy użyciu technik produkcji komputerów stacjonarnych i podstawowych komponentów elektronicznych. Można go wyprodukować za jedną dziesiątą kosztów dostępnych na rynku maszyn i łatwo naprawiać lub demontować w celu wykorzystania części w innych urządzeniach, co obniża bariery ekonomiczne. Podzespoły elektroniczne zapewniają stałą, niezawodną moc przez czas wymagany do przetworzenia większości popularnych próbek krwi, zapewniając lepszą diagnostykę niż urządzenia zasilane ręcznie lub urządzenia gniazdkowe w obszarach o niskiej infrastrukturze. Wykonalność tego projektu ma przyszły potencjał w rozwoju modułowej platformy urządzeń medycznych typu open source, wykorzystującej podstawowy zestaw komponentów do napędzania różnych urządzeń, takich jak pompy perystaltyczne lub, jak w tym projekcie, mikrowirówki. Dzięki ustanowieniu biblioteki plików o otwartym kodzie źródłowym dostęp do jednej drukarki FDM można wykorzystać do produkcji szeregu części, przy niewielkiej wiedzy projektowej wymaganej przez użytkownika końcowego. Wyeliminowałoby to problemy logistyczne związane z wysyłką podstawowych komponentów, oszczędzając czas i życie.