Peranti Bioperubatan Sumber Terbuka Mikro-empar: 11 Langkah

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:00

Ini adalah projek berterusan yang akan dikemas kini dengan sokongan masyarakat dan penyelidikan dan arahan selanjutnya

Objektif projek ini adalah untuk membuat peralatan makmal modular bersumber terbuka yang senang diangkut dan dibina dari bahagian sumber yang murah untuk membantu diagnosis penyakit di kawasan infrastruktur terpencil dan rendah

Ini akan menjadi projek sumber terbuka yang berterusan dengan misi menyediakan platform modular untuk alat perubatan, yang dapat dengan mudah diubah dan dikembangkan dengan biaya rendah

Reka bentuk awal adalah untuk bateri modular dan pek motor DC, dan sentrifugal mikro

Ia akan meminta bantuan komuniti sumber terbuka dalam talian untuk membantu dengan sokongan, pengubahsuaian, dan reka bentuk selanjutnya, untuk mensasarkan keperluan khusus pekerja kesihatan di kawasan pedalaman dan luar bandar

PENAFIAN: Projek masih menjalani ujian reka bentuk dan fungsi dan belum sesuai untuk APAPUN aplikasi diagnostik atau klinikal. Elektronik dan motor hendaklah dipasang dan digunakan dengan risiko pembaca sendiri

Langkah 1: Pernyataan Masalah dan Reka Bentuk

Pernyataan masalah:

Kekurangan akses ke peralatan makmal dan klinikal untuk membantu diagnosis dan rawatan penyakit menyebabkan kematian banyak yang dapat dicegah di kawasan infrastruktur terpencil dan rendah. Secara khusus, kekurangan akses ke sentrifugal asas yang boleh dipercayai menghilangkan pekerja kesihatan alat penting dalam memerangi patogen yang ditularkan melalui darah seperti AIDS dan malaria.

Pernyataan Reka Bentuk: Untuk merancang mikro-empar, dan bateri modular dan pek motor DC, untuk membantu diagnosis dan rawatan penyakit yang disebabkan oleh patologi bawaan darah (patogen dan parasit). Dengan menggunakan teknik pembuatan aditif jika boleh dilaksanakan, reka bentuk ini bertujuan untuk meningkatkan daya tahan dan menurunkan halangan ekonomi bagi teknologi menyelamatkan nyawa.

Langkah 2: Rasional Reka Bentuk:

Reka bentuk ini bertujuan menghasilkan microcentrifuge yang sesuai untuk penggunaan penggantian di luar bandar dengan menggunakan percetakan 3D FDM desktop, pemotongan laser, dan elektronik kelas hobi. Dengan berbuat demikian, diharapkan alat ini dapat diakses oleh pelbagai profesional kesihatan dengan akses sumber yang berbeza-beza.

Semasa merancang pemutar sentrifugal (bahagian reka bentuk yang menahan tabung uji):

Kekuatan G yang diperlukan untuk pemisahan sampel bergantung pada jenis sampel yang diinginkan, dengan daya rata-rata untuk memisahkan darah ke dalam penyusunnya antara 1, 000 - 2, 000 g (thermofisher.com)

Pengiraan RPM ke RFC (G-force), dapat dikira menggunakan RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, di mana 'r' adalah jejari rotor (bcf.technion.ac.il)

Langkah 3: Pertimbangan Reka Bentuk

Pertimbangan pembuatan aditif:

• Lekapan lapisan yang lemah mungkin berlaku, mengakibatkan kekuatan tegangan yang lemah dan kerosakan bahagian

• Sifat yang diperlukan, akan berbeza mengikut bahan. Beberapa menawarkan ketegangan lateral dan kekuatan mampatan yang baik dengan berat dan kos yang rendah

• Tetapan yang betul semasa pemotongan kod-G mesti diterapkan untuk memastikan bahawa sifat-sifat material yang diinginkan diperolehi

• Umur panjang bahagian yang dihasilkan menggunakan teknik ini agak rendah jika dibandingkan dengan bahagian yang menggunakan teknik dan bahan yang lebih mahal seperti logam pengilangan CNC.

• Termoplastik mempunyai suhu peralihan yang agak rendah, jadi suhu operasi yang rendah mesti dijaga (<kira-kira 80-90 celcius)

Kekangan reka bentuk lebih lanjut:

• Beberapa kawasan mungkin tidak mempunyai akses yang mencukupi untuk kuasa, mungkin harus dikuasakan oleh solar mudah alih asas, bateri, dll.

• Getaran dan keseimbangan mungkin menjadi masalah

• Mesti dapat menghasilkan RPM tinggi untuk jangka masa hingga 15 min atau lebih, mengakibatkan tekanan mekanikal tinggi pada beberapa bahagian

• Pengguna mungkin tidak berpengalaman dalam penggunaan peralatan dan memerlukan sokongan untuk mengurangkan halangan teknikal

Langkah 4: Reka Bentuk Modul Asas / Asas

Reka bentuk di atas menggunakan ruang dengan sebaik-baiknya untuk menyediakan ruang yang mencukupi untuk komponen elektronik dalaman dan memastikan radius yang cukup besar untuk pelbagai pemutar sentrifugal dan ukuran tiub. Gaya reka bentuk ‘snap together’ telah dipilih untuk menghilangkan keperluan bahan sokongan semasa pengeluaran dan untuk memudahkan pencetakan, pembaikan, dan fabrikasi dalam pembuatan bahan tambahan dan pengurangan. Selain itu, mencetak bahagian individu yang lebih kecil akan mengurangkan kesan kegagalan / ralat percetakan, dan membolehkan pelbagai ukuran cetakan yang lebih besar digunakan.

Dengan memanfaatkan reka bentuk modular, banyak jenis mangkuk empar boleh dilekatkan pada peranti. Pengubahsuaian dan pengeluaran bahagian-bahagian ini dengan cepat melalui pembuatan aditif memungkinkan perubahan pada kekuatan G yang dihasilkan, dan ukuran / jenis sampel diproses. Ini membantu memberikan kelebihan berbanding mesin tradisional dan memberikan pendekatan inovatif untuk merancang mesin sesuai dengan keperluan pengguna akhir. Selanjutnya, wadah pemberat memberikan peluang untuk menambahkan sokongan dan meredam getaran

Langkah 5: Senarai Bahagian

Bahagian bercetak 3d: Fail akan dimuat naik ke Github dan perkara yang pelbagai dan dikemas kini secepat mungkin.

• 1 x Skru Spindle
• 1 x Rotor Nut
• 1 x Nut Tudung
• 1 x Tudung Utama
• 4 x Badan Rotor
• 1 x Rotor Sudut Tetap
• 4 x Ballast Atas / Bawah
• 2 x Ballast sisi

Elektronik: (Pautan ke produk tidak lama lagi)

Arduino Nano ($ 8-10)

Wayar Penyambung (<$ 0.2)

Pengawal Kelajuan Elektronik ($ 8-10)

Motor DC Brushless 12V ($ 15-25)

Potensiometer ($ 0.1)

Bateri boleh dicas semula Li-po ($ 15-25)

Langkah 6: Percetakan Bahagian:

Semua bahagian boleh didapati dari github di sini: Juga terdapat dari benda-benda di sini:

Bahagian bercetak 3d: 1 x Skru gelendong

1 x Rotor Nut

1 x Nut Tudung

1 x Tudung Utama

4 x Badan Rotor

1 x Rotor Sudut Tetap

4 x Ballast Atas / Bawah

2 x Ballast sisi

Pengaturan draf umum dari Cura, atau serupa dalam perisian pemotong yang dipilih, adalah panduan yang baik untuk mencetak semua bahagian badan dan pemberat.

Langkah 7: Perhimpunan: Langkah Pertama

• Sediakan bahagian-bahagian berikut untuk pemasangan seperti yang ditunjukkan:

  • Pangkalan empar
  • Selongsong komponen
  • 4 x badan pemutar
• Semua bahagian mesti dipasang dengan baik dan diikat dengan pelekat yang sesuai

Langkah 8: Pemasangan: Komponen Elektronik

Sediakan komponen elektronik berikut untuk ujian:

• Motor DC dan ECS
• Bateri
• Arduino Nano
• Papan roti
• Potensiometer
• Wayar pelompat

Pengekodan dan arahan untuk arduino boleh didapati di sini:

Artikel oleh

Motor uji berjalan dengan lancar dan responsif terhadap potensiometer. Sekiranya betul, pasang elektronik ke dalam selongsong dan uji motor berjalan lancar dan dengan sedikit getaran.

Gambar penempatan tepat akan ditambahkan tidak lama lagi.

Langkah 9: Pemasangan: Memasang Skru Rotor dan Spinner

Kumpulkan rotor, roller, Spinner, dan spinner nut.

Pastikan semua bahagian sesuai. Pengamplasan boleh membantu jika muat terlalu ketat.

Pastikan rotor mempunyai jalan yang lancar dan tidak melangkau atau goyah secara berlebihan. Pinggan rata boleh dicetak, atau dipotong dari akrilik, untuk membantu kestabilan jika diperlukan.

Setelah bahagian-bahagian mengalami pengamplasan dan pemasangan, pasangkan pemutar skru ke gelendong motor dan pasangkan pemutar dengan mur seperti yang ditunjukkan.

Rotor dapat dikeluarkan untuk memunggah dan memuat sampel, atau untuk mengubah jenis rotor.

Langkah 10: Pemasangan: Ballast dan Tudung

Kumpulkan bekas pemberat atas dan sisi, ini akan berfungsi sebagai sokongan, pemberat, dan pelembapan getaran.

Bahagian hendaklah disatukan dan tetap di tempat semasa diisi. Sekiranya diperlukan, bahagian boleh dilekatkan bersama dengan lem super atau pelekat yang serupa.

Tudung utama di atas rotor harus dipasang dengan selamat apabila diikat dengan mur rotor atas.

Bahagian hendaklah sesuai seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Langkah 11: Kesimpulannya

Pekerja penjagaan kesihatan di lokasi terpencil menghadapi cabaran halangan ekonomi dan logistik yang berkaitan dengan mendapatkan dan mengekalkan alat dan alat perubatan, dan diagnostik yang penting. Kekurangan akses ke peralatan asas seperti sistem empar dan sistem pam boleh menyebabkan masa menunggu yang salah dan salah diagnosis.

Reka bentuk ini telah memenuhi hasil yang diinginkan dalam menunjukkan bahawa layak untuk membuat alat perubatan sumber terbuka (microcentrifuge), menggunakan teknik pembuatan desktop dan komponen elektronik asas. Ia dapat dihasilkan dengan sepersepuluh dengan kos mesin yang tersedia secara komersial, dan mudah diperbaiki atau dibongkar untuk bahagian yang dapat digunakan pada alat lain, sehingga dapat mengurangkan halangan ekonomi. Komponen elektronik memberikan daya yang boleh dipercayai yang berterusan untuk masa yang diperlukan untuk memproses sampel darah yang paling biasa, memberikan diagnostik yang lebih baik daripada yang digerakkan dengan tangan, atau unit saluran keluar, di kawasan infrastruktur rendah. Kebolehlaksanaan reka bentuk ini memiliki potensi masa depan dalam pengembangan platform perangkat perubatan sumber terbuka modular, menggunakan sekumpulan inti komponen untuk menggerakkan pelbagai peralatan seperti pam peristaltik, atau seperti dalam reka bentuk ini, mikrokentrifugal. Dengan terbentuknya perpustakaan fail bersumber terbuka, akses ke satu printer FDM dapat digunakan untuk menghasilkan berbagai bahagian, dengan sedikit pengetahuan dalam reka bentuk yang diperlukan oleh pengguna akhir. Ini akan menghilangkan masalah logistik yang berkaitan dengan penghantaran komponen asas, menjimatkan masa dan nyawa.