Микроцентрофуга Биомедицинско устройство с отворен код: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Това е текущ проект, който ще бъде актуализиран с подкрепата на общността и допълнителни изследвания и инструкции

Целта на този проект е да се създаде модулно лабораторно оборудване с отворен код, което да се транспортира лесно и да се изгради от евтини части, за да се подпомогне диагностицирането на заболявания в отдалечени и ниски инфраструктурни зони

Това ще бъде текущ проект с отворен код с мисията да осигури модулна платформа за медицински изделия, която може лесно да бъде модифицирана и разширена на ниска цена

Първоначалните проекти ще бъдат за модулна батерия и DC моторна група и микроцентрофуга

Той ще търси помощта на онлайн общността с отворен код, за да подпомогне с поддръжка, модификации и по-нататъшни проекти, за да се насочи към индивидуалните специфични нужди на здравните работници в отдалечени и селски райони

ОТКАЗ ОТ ОТГОВОРНОСТ: Проектът все още е в процес на тестване на дизайн и функционалност и все още не е подходящ за НИКАКВА диагностика или клинично приложение. Електрониката и двигателите трябва да се сглобяват и използват на собствена отговорност на читателите

Стъпка 1: Проблеми и заявления за проектиране

Постановка на проблем:

Липсата на достъп до лабораторно и клинично оборудване за подпомагане на диагностиката и лечението на заболявания води до предотвратими смъртни случаи на много хора в отдалечени и ниски инфраструктурни райони. По-конкретно, липсата на достъп до основни надеждни центрофуги лишава здравните работници от жизненоважен инструмент в борбата с кръвоносните патогени като СПИН и малария.

Декларация за проектиране: Да се проектира микроцентрофуга, модулна батерия и DC моторна група, за да се подпомогне диагностицирането и лечението на заболявания, причинени от патологии, пренасяни от кръвта (патогени и паразити). Използвайки техники за адитивно производство, когато е приложимо, този дизайн се стреми да подобри преносимостта и да намали икономическите бариери на животоспасяващите технологии.

Стъпка 2: Дизайн обосновка:

Този дизайн има за цел да произведе микроцентрифуга, подходяща за заместваща употреба в селските райони, като използва настолен FDM 3D печат, лазерно рязане и електроника за хоби. При това се надяваме, че устройството ще бъде достъпно за голямо разнообразие от здравни специалисти с различен достъп до ресурси.

При проектирането на ротора на центрофугата (част от конструкцията, която съдържа епруветки):

Необходимата G-сила за разделяне на пробите зависи от желания тип проба, като средните сили за разделяне на кръвта към нейните съставки варират от 1 000-2 000 g (thermofisher.com)

Изчисляването на оборотите в минута към RFC (G-сила), може да бъде изчислено с помощта на RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, където 'r' е радиусът на ротора (bcf.technion.ac.il)

Стъпка 3: Съображения за проектиране

Съображения за допълнително производство:

• Може да възникне лошо сцепление на слоя, което да доведе до лоша якост на опън и повреда на части

• Изискваните свойства ще варират в зависимост от материалите. Някои предлагат добро странично напрежение и якост на натиск при ниско тегло и цена

• Трябва да се приложат правилни настройки по време на нарязването на G-кода, за да се гарантира, че се получават желаните свойства на материала

• Дълголетието на частите, произведени по тази техника, е относително ниско в сравнение с тези, използващи по -скъпи техники и материали като метали с фрезоване с ЦПУ.

• Термопластиците имат относително ниска температура на преход, така че трябва да се поддържа ниска работна температура (<приблизително 80-90 градуса по Целзий)

Допълнителни дизайнерски ограничения:

• Някои зони може да нямат подходящ достъп до захранване, може да се наложи да се захранват от основни преносими слънчеви батерии, батерии и т.н.

• Вибрацията и балансът може да са проблем

• Трябва да може да извежда високи обороти за периоди до 15 минути или повече, което води до голямо механично напрежение върху някои части

• Потребителите може да нямат опит в използването на оборудване и ще се нуждаят от поддръжка, за да намалят техническата бариера

Стъпка 4: Проектиране на начален/основен модул

Горният дизайн използва най -добре пространството, за да осигури подходящо място за вътрешни електронни компоненти и осигурява достатъчно голям радиус за разнообразни центрофужни ротори и оразмеряване на тръби. Стилът на „сглобяване заедно“на дизайна е избран, за да елиминира необходимостта от поддържащ материал по време на производството и да позволи лесен печат, ремонт и изработка както в адитивното, така и в изваждащото производство. Освен това отпечатването на по -малки отделни части ще намали въздействието на грешка при печат/грешка и ще позволи да се използва по -голямо разнообразие от размери на печатните платна.

Възползвайки се от модулен дизайн, много различни видове центробежни купи могат да бъдат прикрепени към устройството. Бързите модификации и производството на тези части чрез адитивно производство позволява промени в произведената G-сила и в размера/типа на пробата. Това помага да се даде предимство пред традиционните машини и осигурява иновативен подход при проектирането на машини според нуждите на крайния потребител. Освен това, баластните контейнери дават възможност за добавяне на поддръжка и намаляване на вибрациите

Стъпка 5: Списък на частите

3D отпечатани части: Файловете ще бъдат качени в Github и thingiverse и актуализирани възможно най -скоро.

• 1 x Винт на шпиндела
• 1 x гайка на ротора
• 1 x гайка с капак
• 1 x Главен капак
• 4 x корпус на ротора
• 1 x Ротор с фиксиран ъгъл
• 4 x отгоре/отдолу баласт
• 2 x страничен баласт

Електроника: (Скоро връзки към продукти)

Arduino Nano ($ 8-10)

Съединителни проводници (<$ 0,2)

Електронен контролер на скоростта ($ 8-10)

Безчетков DC мотор 12V ($ 15-25)

Потенциометър ($ 0,1)

Li-po акумулаторна батерия ($ 15-25)

Стъпка 6: Отпечатване на части:

Всички части са налични от github тук: Предлага се и от thingiverse тук:

3D отпечатани части: 1 x Винт с шпиндел

1 x гайка на ротора

1 x гайка с капак

1 x Главен капак

4 x корпус на ротора

1 x Ротор с фиксиран ъгъл

4 x отгоре/отдолу баласт

2 x страничен баласт

Общите настройки за чернови от Cura или подобни в избрания софтуер за нарязване са добра насока за отпечатване на всички части на тялото и баласта.

Стъпка 7: Сглобяване: Първа стъпка

• Подгответе следните части за сглобяване, както е показано:

  • Центрофужна основа
  • Компонентен корпус
  • 4 x корпус на ротора
• Всички части трябва да се прилепват плътно и да бъдат закрепени с подходящи лепила

Стъпка 8: Монтаж: Електронни компоненти

Подгответе следните електронни компоненти за тестване:

• DC двигател и ECS
• Батерия
• Arduino Nano
• Платка
• Потенциометър
• Кабелни проводници

Кодирането и инструкциите за arduino могат да бъдат намерени тук:

Статия от

Тестовият двигател работи гладко и реагира на потенциометъра. Ако е така, инсталирайте електрониката в корпуса и тествайте двигателя да работи гладко и с малко вибрации.

Снимки на точното разположение ще бъдат добавени скоро.

Стъпка 9: Сглобяване: Закрепване на ротора и винта

Съберете ротор, ролки, центрофуги и гайки.

Уверете се, че всички части са подходящи. Шлифоването може да помогне, ако прилягането е твърде стегнато.

Уверете се, че роторът има плавен път и не прескача или се клати прекомерно. Плоска чиния може да бъде отпечатана или изрязана от акрил, за да се подпомогне стабилността, ако е необходимо.

След като частите са претърпели шлифоване и монтиране, прикрепете въртящия винт към шпиндела на двигателя и закрепете ротора с гайките, както е показано.

Роторът може да бъде свален за разтоварване и товарене на проби или за смяна на типове ротори.

Стъпка 10: Монтаж: Баласт и капаци

Съберете горни и странични баластни контейнери, те ще действат като опора, претегляне и заглушаване на вибрациите.

Частите трябва да се сложат заедно и да останат на място, когато са пълни. Ако е необходимо, частите могат да бъдат закрепени заедно със супер лепило или подобно лепило.

Основният капак над ротора трябва да приляга здраво, когато е закрепен с горната гайка на ротора.

Частите трябва да пасват, както е показано на снимката.

Стъпка 11: Заключение

Здравните работници от отдалечено местоположение са изправени пред предизвикателството на икономическите и логистичните бариери, свързани с получаването и поддържането на жизненоважни медицински и диагностични устройства и части. Липсата на достъп до основно оборудване като центрофуги и помпени системи може да доведе до фатално време на изчакване и грешна диагноза.

Този дизайн е постигнал желания резултат, показвайки, че е възможно да се създаде медицинско изделие с отворен код (микроцентрифуга), като се използват техники за производство на настолни компютри и основни електронни компоненти. Тя може да бъде произведена на една десета от цената на наличните в търговската мрежа машини и лесно да се ремонтира или разглобява за части, които да се използват в други устройства, намалявайки икономическите бариери. Електронните компоненти осигуряват постоянно надеждно захранване за времето, необходимо за обработка на най -често срещаните кръвни проби, като осигуряват по -добра диагностика от ръчно захранващите или изходните единици в области с ниска инфраструктура. Възможността за този дизайн има бъдещ потенциал в разработването на модулна платформа с медицински източници с отворен код, използваща основен набор от компоненти за задвижване на различно оборудване като перисталтични помпи или, както в този дизайн, микроцентрифуги. С създаването на библиотека с файлове с отворен код, достъпът до един FDM принтер може да се използва за производство на редица части, с малко познания в областта на дизайна, изисквани от крайния потребител. Това би премахнало логистичните проблеми, свързани с доставката на основни компоненти, спестявайки време и живот.