Mikro-centrifugë Pajisja Biomjekësore me Burim të Hapur: 11 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Ky është një projekt i vazhdueshëm që do të azhurnohet me mbështetjen e komunitetit dhe kërkime dhe udhëzime të mëtejshme

Qëllimi i këtij projekti është të krijojë pajisje laboratorike me burim të hapur, modulare që është e lehtë për t'u transportuar dhe e ndërtuar nga pjesë me burim të lirë për të ndihmuar në diagnostikimin e sëmundjeve në zonat e largëta dhe të ulëta të infrastrukturës

Ky do të jetë një projekt i vazhdueshëm me burim të hapur me misionin e sigurimit të një platforme modulare për pajisjet mjekësore, e cila mund të modifikohet dhe zgjerohet lehtësisht me kosto të ulët

Dizajni fillestar do të jetë për një bateri modulare dhe pako motorike DC, dhe mikro-centrifugë

Do të kërkojë ndihmën e komunitetit online me burim të hapur për të ndihmuar me mbështetje, modifikim dhe dizajne të mëtejshme, për të synuar nevojat specifike individuale të punonjësve të kujdesit shëndetësor në zonat e largëta dhe rurale

PISRFUNDIM: Projekti është ende duke u testuar në dizajn dhe funksionalitet dhe nuk është ende i përshtatshëm për ndonjë aplikim diagnostik ose klinik. Elektronika dhe motorët duhet të mblidhen dhe përdoren në rrezikun e lexuesve

Hapi 1: Problemi dhe Deklaratat e Dizajnit

Deklarata e problemit:

Mungesa e qasjes në pajisje laboratorike dhe klinike për të ndihmuar në diagnostikimin dhe trajtimin e sëmundjeve çon në vdekjen e parandalueshme të shumë njerëzve në zona të largëta dhe të ulëta të infrastrukturës. Në mënyrë të veçantë, mungesa e qasjes në centrifuga bazë të besueshme u heq punonjësve të kujdesit shëndetësor një mjet jetësor në luftën kundër patogjenëve të transmetuar nga gjaku si AIDS dhe malaria.

Deklarata e Dizajnit: Për të hartuar një mikro-centrifugë, dhe bateri modulare dhe pako motorike DC, për të ndihmuar në diagnostikimin dhe trajtimin e sëmundjeve të shkaktuara nga patologjitë e shkaktuara nga gjaku (patogjenët dhe parazitët). Duke përdorur teknikat e prodhimit shtesë kur është e zbatueshme, ky dizajn kërkon të përmirësojë transportueshmërinë dhe të ulë barrierat ekonomike të teknologjive të shpëtimit të jetës.

Hapi 2: Arsyetimi i projektimit:

Ky dizajn ka për qëllim prodhimin e një mikrocentrifuge të përshtatshme për përdorim zëvendësues në zonat rurale duke përdorur shtypjen 3D FDM të desktopit, prerjen me lazer dhe elektronikën e klasës së hobit. Duke vepruar kështu, shpresohet që pajisja të jetë e arritshme për një larmi të gjerë profesionistësh të kujdesit shëndetësor me qasje të ndryshme në burime.

Kur dizajnoni rotorin e centrifugës (pjesë e modelit që mban tubat e provës):

Forca G e kërkuar për ndarjen e mostrave varet nga lloji i mostrës së dëshiruar, me forcat mesatare për ndarjen e gjakut në përbërësit e tij që variojnë 1, 000-2, 000 g (thermofisher.com)

Llogaritja e RPM në RFC (forca G), mund të llogaritet duke përdorur RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, ku 'r' është rrezja e rotorit (bcf.technion.ac.il) Me

Hapi 3: Konsideratat e Dizajnit

Konsiderata shtesë për prodhimin:

• Mund të ndodhë ngjitje e dobët e shtresës, duke rezultuar në forcë të dobët në tërheqje dhe dëmtim të pjesëve

• Vetitë e kërkuara, do të ndryshojnë me materialet. Disa ofrojnë tendosje të mirë anësore dhe forcë ngjeshëse me një peshë dhe kosto të ulët

• Cilësimet e sakta gjatë prerjes së kodit G duhet të aplikohen për të siguruar që vetitë e dëshiruara të materialit janë marrë

• Jetëgjatësia e pjesëve të prodhuara duke përdorur këtë teknikë është relativisht e ulët në krahasim me ato që përdorin teknika dhe materiale më të shtrenjta siç janë bluarja e metaleve CNC.

• Termoplastikat kanë një temperaturë relativisht të ulët të tranzicionit, kështu që duhet të mbahet një temperaturë e ulët e funksionimit (<përafërsisht 80-90 gradë celcius) • Modelet e printuara 3d me burim të hapur do t'i lejojnë përdoruesit të modifikojnë modelet që i përshtaten nevojave dhe kufizimeve të tyre

Kufizime të tjera të projektimit:

• Disa zona mund të mos kenë qasje adekuate në energji, mund të kenë nevojë të mundësohen nga energjia bazë diellore portative, bateri, etj.

• Dridhjet dhe ekuilibri mund të jenë një çështje

• Duhet të jetë në gjendje të prodhojë RPM të lartë për periudha deri në 15 min ose më shumë, rezulton në stres të lartë mekanik në disa pjesë

• Përdoruesit mund të mos kenë përvojë në përdorimin e pajisjeve dhe do të kërkojnë mbështetje për të ulur barrierën teknike

Hapi 4: Dizajni fillestar/i modulit bazë

Dizajni i mësipërm shfrytëzon më së miri hapësirën për të siguruar hapësirë të përshtatshme për komponentët e brendshëm elektronikë dhe siguron një rreze mjaft të madhe për një sërë rotorësh centrifugues dhe madhësie tubash. Stili i modelit "kapeni së bashku" është zgjedhur për të eleminuar nevojën për material mbështetës gjatë prodhimit dhe për të lejuar printim, riparim dhe fabrikim të lehtë si në prodhimin shtesë ashtu edhe në atë zbritës. Për më tepër, printimi i pjesëve më të vogla individuale do të zvogëlojë ndikimin e dështimit/gabimit të printimit dhe do të lejojë që të përdoret një larmi më e madhe e madhësive të printuara.

Duke përfituar nga një model modular, shumë lloje të ndryshme të kupave centrifugale mund t'i bashkëngjiten pajisjes. Modifikimet e shpejta dhe prodhimi i këtyre pjesëve përmes prodhimit shtues lejon ndryshime në forcën G të prodhuar, dhe madhësinë/llojin e mostrës të përpunuar. Kjo i jep asaj një avantazh ndaj makinave tradicionale dhe siguron një qasje novatore në hartimin e makinave rreth nevojave të përdoruesit përfundimtar. Për më tepër, kontejnerët e çakëllit ofrojnë një shans për të shtuar mbështetje dhe shuar dridhjet

Hapi 5: Lista e Pjesëve

Pjesë të printuara 3D: Skedarët do të ngarkohen në Github dhe thingiverse dhe do të përditësohen sa më shpejt.

• 1 x Vidë me gisht
• 1 x Arrë rrotulluese
• 1 x Arrë kapaku
• 1 x Kapaku kryesor
• 4 x Trup rrotullues
• 1 x Rotor me kënd të fiksuar
• 4 x Çakëll i sipërm/i poshtëm
• 2 x Çakëll Anësor

Elektronikë: (Lidhje me produktet së shpejti)

Arduino Nano (8-10 dollarë)

Telat e lidhësit (<0.2 dollarë)

Kontrollues elektronik i shpejtësisë (8-10 dollarë)

Motor pa furça DC 12V (15-25 dollarë)

Potenciometër (0.1 dollarë)

Bateri e ringarkueshme Li-po (15-25 dollarë)

Hapi 6: Shtypja e Pjesëve:

Të gjitha pjesët janë në dispozicion nga github këtu: Gjithashtu të disponueshme nga thingiverse këtu:

3d Pjesë të printuara: 1 x Vidë me gisht

1 x Arrë rrotulluese

1 x Arrë kapaku

1 x Kapaku kryesor

4 x Trup rrotullues

1 x Rotor me kënd të fiksuar

4 x Çakëll i sipërm/i poshtëm

2 x Çakëll Anësor

Cilësimet e përgjithshme të draftit nga Cura, ose të ngjashme në programet e zgjedhura të prerjes, janë një udhëzues i mirë për printimin e të gjitha pjesëve të trupit dhe çakëllit.

Hapi 7: Asambleja: Hapi i parë

• Përgatitni pjesët e mëposhtme për montim siç tregohet:

  • Baza e centrifugës
  • Zorrë përbërëse
  • 4 x trup rotori
• Të gjitha pjesët duhet të përshtaten fort së bashku dhe të sigurohen me ngjitës të përshtatshëm

Hapi 8: Montimi: Komponentët Elektronikë

Përgatitni komponentët elektronikë të mëposhtëm për testim:

• Motor DC dhe ECS
• Bateri
• Arduino Nano
• Breadboard
• Potenciometër
• Telat e kërcyesit

Kodimi dhe udhëzimet për arduino mund të gjenden këtu:

Artikull nga

Motori i testimit po funksionon pa probleme dhe i përgjigjet potenciometrit. Nëse është, atëherë instaloni pajisjet elektronike në zorrë dhe provoni që motori të funksionojë pa probleme dhe me pak dridhje.

Fotografitë e vendosjes së saktë do të shtohen së shpejti.

Hapi 9: Montimi: Bashkimi i vidës së rotorit dhe rrotulluesit

Mblidhni rrotull, rrotulla, arra tjerrëse dhe rrotulluese.

Sigurohuni që të gjitha pjesët të kenë një përshtatje të mirë. Lëmimi mund të ndihmojë nëse përshtatja është shumë e ngushtë.

Sigurohuni që rotori të ketë një rrugë të qetë dhe të mos kapërcejë ose lëkundet shumë. Një pjatë e sheshtë mund të printohet, ose të pritet nga akriliku, për të ndihmuar në qëndrueshmëri nëse është e nevojshme.

Pasi pjesët të kenë kaluar lëmimin dhe montimin, lidhni vidën e rrotulluesit në gishtin e motorit dhe sigurojeni rotorin me arra siç tregohet.

Rotori mund të hiqet për shkarkimin dhe ngarkimin e mostrave, ose për ndryshimin e llojeve të rotorit.

Hapi 10: Montimi: Çakëll dhe Kapakë

Mblidhni kontejnerë të lartë dhe anësorë të çakëllit, këto do të veprojnë si mbështetës, peshues dhe zbutës të dridhjeve.

Pjesët duhet të vendosen së bashku dhe të qëndrojnë në vend kur të mbushen. Nëse është e nevojshme, pjesët mund të sigurohen së bashku me super zam ose ngjitës të ngjashëm.

Kapaku kryesor mbi rotorin duhet të vendoset mirë kur fiksohet me arrë të lartë të rotorit.

Pjesët duhet të përshtaten siç tregohet në figurë.

Hapi 11: Përfundim

Punëtorët e kujdesit shëndetësor në vendndodhje të largët përballen me sfidën e barrierave ekonomike dhe logjistike të lidhura me marrjen dhe mirëmbajtjen e pajisjeve dhe pjesëve vitale mjekësore dhe diagnostikuese. Mungesa e aksesit në pajisjet themelore të tilla si centrifuga dhe sisteme pompash mund të çojë në kohë fatale të pritjes dhe diagnozë të gabuar.

Ky dizajn ka arritur rezultatin e dëshiruar duke treguar se është e realizueshme të krijohet një pajisje mjekësore me burim të hapur (një mikrocentrifugë), duke përdorur teknikat e prodhimit të desktopit dhe përbërësit bazë elektronikë. Mund të prodhohet me një të dhjetën e kostos së makinave në dispozicion në treg, dhe të riparohet ose çmontohet lehtësisht për pjesët që do të përdoren në pajisje të tjera, duke ulur barrierat ekonomike. Komponentët elektronikë sigurojnë energji konstante të besueshme për kohën e kërkuar për të përpunuar mostrat më të zakonshme të gjakut, duke siguruar diagnostifikim më të mirë sesa njësitë e furnizimit me dorë ose daljet, në zona të ulëta të infrastrukturës. Fizibiliteti i këtij dizajni ka potencial të ardhshëm në zhvillimin e një platforme modulare me burim të hapur të pajisjeve mjekësore, duke përdorur një grup përbërësish thelbësorë për të drejtuar pajisje të ndryshme të tilla si pompat peristaltike, ose si në këtë dizajn, mikrocentrifuga. Me krijimin e një biblioteke me skedarë me burim të hapur, qasja në një printer të vetëm FDM mund të përdoret për të prodhuar një sërë pjesësh, me pak njohuri në dizajn të kërkuar nga përdoruesi përfundimtar. Kjo do të eliminonte problemet logjistike të lidhura me transportin e përbërësve bazë, duke kursyer kohë dhe jetë.