Mikro-santrifüj Açık Kaynaklı Biyomedikal Cihaz: 11 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bu, topluluk desteği ve daha fazla araştırma ve talimat ile güncellenecek devam eden bir projedir

Bu projenin amacı, uzak ve düşük altyapı alanlarında hastalıkların teşhisine yardımcı olmak için ucuz kaynaklı parçalardan inşa edilen ve taşınması kolay, açık kaynaklı, modüler laboratuvar ekipmanları oluşturmaktır

Bu, tıbbi cihazlar için düşük maliyetle kolayca değiştirilebilen ve genişletilebilen modüler bir platform sağlama misyonuyla devam eden açık kaynaklı bir proje olacaktır

İlk tasarımlar modüler bir pil ve DC motor paketi ve mikro santrifüj için olacak

Uzak ve kırsal bölgelerdeki sağlık çalışanlarının bireysel özel ihtiyaçlarını hedeflemek için destek, değişiklik ve daha fazla tasarım konusunda yardımcı olmak için çevrimiçi açık kaynak topluluğunun yardımını arayacaktır

SORUMLULUK REDDİ: Proje halen tasarım ve işlevsellik testlerinden geçmektedir ve henüz HİÇBİR diyagnostik veya klinik uygulama için uygun değildir. Elektronik aksam ve motorların montajı ve kullanılması riski okuyucunun kendisine aittir

Adım 1: Problem ve Tasarım Açıklamaları

Sorun bildirimi:

Hastalıkların teşhis ve tedavisine yardımcı olacak laboratuvar ve klinik ekipmana erişimin olmaması, uzak ve düşük altyapı alanlarında birçok kişinin önlenebilir ölümlerine yol açmaktadır. Spesifik olarak, temel güvenilir santrifüjlere erişimin olmaması, sağlık çalışanlarını AIDS ve sıtma gibi kan yoluyla bulaşan patojenlere karşı mücadelede hayati bir araçtan mahrum bırakıyor.

Tasarım Açıklaması: Kan yoluyla bulaşan patolojilerin (patojenler ve parazitler) neden olduğu hastalıkların teşhis ve tedavisine yardımcı olmak için bir mikro santrifüj ve modüler pil ve DC motor paketi tasarlamak. Uygulanabilir olduğu yerlerde eklemeli üretim tekniklerini kullanan bu tasarım, taşınabilirliği iyileştirmeyi ve hayat kurtaran teknolojilerin ekonomik engellerini azaltmayı amaçlamaktadır.

Adım 2: Tasarım Gerekçesi:

Bu tasarım, masaüstü FDM 3D baskı, lazer kesim ve hobi sınıfı elektronikler kullanarak kırsal alanlarda yedek kullanıma uygun bir mikrosantrifüj üretmeyi amaçlamaktadır. Bunu yaparken, cihazın kaynaklara farklı erişime sahip çok çeşitli sağlık profesyonelleri tarafından erişilebilir olacağı umulmaktadır.

Santrifüj rotorunu tasarlarken (test tüplerini tutan tasarımın bir parçası):

Numunelerin ayrılması için gerekli G kuvveti, istenen numune tipine bağlıdır ve kanı bileşenlerine ayırmak için ortalama kuvvetler 1.000 – 2.000 g arasında değişir (thermofisher.com)

RPM'nin RFC'ye (G-kuvveti) hesaplanması, RCF = (rpm)2 × 1.118 × 10-5 × r kullanılarak hesaplanabilir, burada 'r' rotorun yarıçapıdır (bcf.technion.ac.il)

Adım 3: Tasarım Konuları

Eklemeli üretim hususları:

• Zayıf tabaka yapışması meydana gelebilir, bu da zayıf gerilme mukavemetine ve parça hasarına neden olur

• Gerekli özellikler malzemeye göre değişir. Bazıları düşük ağırlık ve maliyetle iyi yanal gerilme ve sıkıştırma mukavemeti sunar

• İstenilen malzeme özelliklerinin elde edilmesini sağlamak için G kodunun dilimlenmesi sırasında doğru ayarlar uygulanmalıdır.

• Bu teknik kullanılarak üretilen parçaların ömrü, CNC freze metalleri gibi daha pahalı teknikler ve malzemeler kullananlarla karşılaştırıldığında nispeten düşüktür.

• Termoplastikler nispeten düşük bir geçiş sıcaklığına sahiptir, bu nedenle düşük bir çalışma sıcaklığı korunmalıdır (< yaklaşık 80-90 santigrat derece) • Açık kaynaklı 3 boyutlu baskılı tasarımlar, kullanıcıların tasarımları ihtiyaçlarına ve kısıtlamalarına uyacak şekilde değiştirmelerine olanak tanır

Diğer tasarım kısıtlamaları:

• Bazı alanlarda yeterli güce erişim olmayabilir, temel taşınabilir güneş enerjisi, piller vb. ile güç sağlanması gerekebilir.

• Titreşim ve denge sorun olabilir

• 15 dakika veya daha uzun süreler için yüksek devir/dakika üretebilmelidir, bu da bazı parçalarda yüksek mekanik strese neden olur

• Kullanıcılar, ekipman kullanımı konusunda deneyimli olmayabilir ve teknik engeli azaltmak için desteğe ihtiyaç duyacaktır.

Adım 4: İlk/Temel Modül Tasarımı

Yukarıdaki tasarım, dahili elektronik bileşenler için yeterli alan sağlamak için alandan en iyi şekilde yararlanır ve çeşitli santrifüj rotorları ve boru boyutları için yeterince büyük bir yarıçap sağlar. Tasarımın 'birbirine geçme' tarzı, üretim sırasında destek malzemesi ihtiyacını ortadan kaldırmak ve hem eklemeli hem de çıkarmalı imalatta kolay baskı, onarım ve üretime izin vermek için seçilmiştir. Ek olarak, daha küçük ayrı parçaların yazdırılması, yazdırma hatasının/hatasının etkisini azaltacak ve daha çeşitli baskı yatağı boyutlarının kullanılmasına olanak tanıyacaktır.

Modüler bir tasarımdan yararlanarak, cihaza birçok farklı tipte santrifüj çanak takılabilir. Eklemeli imalat yoluyla bu parçaların hızlı modifikasyonları ve üretimi, üretilen G-kuvvetinde ve işlenen numune boyutunda/tipinde değişikliklere izin verir. Bu, geleneksel makinelere göre avantaj sağlamasına yardımcı olur ve makinelerin son kullanıcının ihtiyaçlarına göre tasarlanmasına yönelik yenilikçi bir yaklaşım sağlar. Ayrıca balast kapları, destek ekleme ve titreşimi azaltma şansı sağlar.

Adım 5: Parça Listesi

3d Basılı parçalar: Dosyalar Github'a yüklenecek ve en kısa sürede güncellenecek.

• 1 x Mil Vidası
• 1 x Rotor Somunu
• 1 x Kapak Somunu
• 1 x Ana Kapak
• 4 x Rotor Gövdesi
• 1 x Sabit Açılı Rotor
• 4 x Üst/Alt Balast
• 2 x Yan Balast

Elektronik:(Ürünlerin linkleri yakında)

Arduino Nano (8-10 $)

Konektör Telleri (<0,2$)

Elektronik Hız Kontrol Cihazı (8-10$)

Fırçasız DC Motor 12V (15-25$)

Potansiyometre (0,1 $)

Li-po şarj edilebilir pil (15-25 $)

Adım 6: Parçaların Basılması:

Tüm parçalara buradan github'dan ulaşılabilir: Burada ayrıcathingiverse'den de edinilebilir:

3d Basılı parçalar: 1 x Mil Vidası

1 x Rotor Somunu

1 x Kapak Somunu

1 x Ana Kapak

4 x Rotor Gövdesi

1 x Sabit Açılı Rotor

4 x Üst/Alt Balast

2 x Yan Balast

Cura'nın genel taslak ayarları veya seçilen dilimleme yazılımındaki benzerleri, tüm gövde ve balast parçalarının yazdırılması için iyi bir kılavuzdur.

Adım 7: Montaj: İlk Adım

• Aşağıdaki parçaları gösterildiği gibi montaj için hazırlayın:

  • Santrifüj tabanı
  • Bileşen kasası
  • 4 x rotor gövdesi
• Tüm parçalar birbirine sıkıca oturmalı ve uygun yapıştırıcılarla sabitlenmelidir.

Adım 8: Montaj: Elektronik Bileşenler

Aşağıdaki elektronik bileşenleri test için hazırlayın:

• DC motor ve ECS
• pil
• Arduino Nano
• ekmek tahtası
• Potansiyometre
• Atlama telleri

Arduino için kodlama ve talimat burada bulunabilir:

howtomechatronics.com/author/howtom12_wp/ tarafından yazılan makale

Test motoru sorunsuz çalışıyor ve potansiyometreye tepki veriyor. Varsa, elektroniği kasaya takın ve motorun düzgün ve az titreşimle çalıştığını test edin.

Kesin yerleşim resimleri yakında eklenecektir.

Adım 9: Montaj: Rotor ve Spinner Vidasının Takılması

Rotor, silindirler, Döndürücü ve döndürücü somunları toplayın.

Tüm parçaların iyi oturduğundan emin olun. Zımparalama çok sıkıysa yardımcı olabilir.

Rotorun düzgün bir yola sahip olduğundan ve aşırı atlamadığından veya sallanmadığından emin olun. Gerekirse stabiliteye yardımcı olmak için düz bir tabak basılabilir veya akrilikten kesilebilir.

Parçalar zımparalandıktan ve takıldıktan sonra, motor miline döndürme vidasını takın ve rotoru gösterildiği gibi somunlarla sabitleyin.

Numuneleri boşaltmak ve yüklemek veya rotor tiplerini değiştirmek için rotor çıkarılabilir.

Adım 10: Montaj: Balast ve Kapaklar

Üst ve yan balast kaplarını toplayın, bunlar destek, ağırlık ve titreşim sönümleme işlevi görecektir.

Parçalar birbirine geçmeli ve doldurulduklarında yerinde kalmalıdır. Gerekirse parçalar süper yapıştırıcı veya benzeri bir yapıştırıcı ile birbirine sabitlenebilir.

Rotor üzerindeki ana kapak, üst rotor somunu ile sabitlendiğinde sıkıca oturmalıdır.

Parçalar resimde gösterildiği gibi oturmalıdır.

Adım 11: Sonuç

Uzak konumdaki sağlık çalışanları, hayati tıbbi ve teşhis cihazları ve parçalarının elde edilmesi ve bakımının yapılmasıyla ilgili ekonomik ve lojistik engellerin zorluğuyla karşı karşıyadır. Santrifüjler ve pompa sistemleri gibi temel ekipmanlara erişim eksikliği, ölümcül bekleme sürelerine ve yanlış tanıya neden olabilir.

Bu tasarım, masaüstü üretim teknikleri ve temel elektronik bileşenleri kullanarak açık kaynaklı bir tıbbi cihaz (mikrosantrifüj) yaratmanın mümkün olduğunu göstererek istenen sonucu karşıladı. Piyasada bulunan makinelerin maliyetinin onda biri fiyatına üretilebilir ve diğer cihazlarda kullanılmak üzere kolayca tamir edilebilir veya demonte edilebilir, bu da ekonomik engelleri azaltır. Elektronik bileşenler, en yaygın kan örneklerini işlemek için gereken süre boyunca sürekli güvenilir güç sağlayarak, düşük altyapı alanlarında elle çalışan veya çıkış ünitelerinden daha iyi teşhis sağlar. Bu tasarımın fizibilitesi, peristaltik pompalar veya bu tasarımda olduğu gibi mikrosantrifüjler gibi çeşitli ekipmanları çalıştırmak için bir çekirdek bileşen seti kullanan, modüler bir açık kaynaklı tıbbi cihaz platformunun geliştirilmesinde gelecekteki potansiyele sahiptir. Açık kaynaklı dosyalardan oluşan bir kitaplığın oluşturulmasıyla, son kullanıcının ihtiyaç duyduğu tasarım konusunda çok az bilgi ile bir dizi parça üretmek için tek bir FDM yazıcıya erişim kullanılabilir. Bu, temel bileşenlerin nakliyesiyle ilgili lojistik sorunları ortadan kaldırarak zamandan ve hayatlardan tasarruf sağlayacaktır.