Μικρο-φυγόκεντρο Βιοϊατρική συσκευή ανοιχτής πηγής: 11 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Αυτό είναι ένα τρέχον έργο που θα ενημερωθεί με κοινοτική υποστήριξη και περαιτέρω έρευνα και οδηγίες

Ο στόχος αυτού του έργου είναι να δημιουργήσει εργαστηριακό εξοπλισμό ανοιχτού τύπου, που να μεταφέρεται εύκολα και να κατασκευάζεται από φθηνά μέρη για να βοηθήσει στη διάγνωση ασθενειών σε απομακρυσμένες και χαμηλές περιοχές υποδομής

Αυτό θα είναι ένα συνεχές έργο ανοιχτού κώδικα με αποστολή την παροχή μιας σπονδυλωτής πλατφόρμας για ιατρικές συσκευές, η οποία μπορεί εύκολα να τροποποιηθεί και να επεκταθεί με χαμηλό κόστος

Τα αρχικά σχέδια θα είναι για μια αρθρωτή μπαταρία και πακέτο κινητήρα DC και μικρο-φυγόκεντρο

Θα ζητήσει τη βοήθεια της διαδικτυακής κοινότητας ανοιχτού κώδικα για να βοηθήσει με υποστήριξη, τροποποίηση και περαιτέρω σχεδιασμούς, για να στοχεύσει στις ατομικές συγκεκριμένες ανάγκες των εργαζομένων στον τομέα της υγείας σε απομακρυσμένες και αγροτικές περιοχές

ΑΠΟΠΟΙΗΣΗ: Το έργο βρίσκεται ακόμη υπό δοκιμή σχεδιασμού και λειτουργικότητας και δεν είναι ακόμα κατάλληλο για ΚΑΜΙΑ διαγνωστική ή κλινική εφαρμογή. Τα ηλεκτρονικά και οι κινητήρες πρέπει να συναρμολογούνται και να χρησιμοποιούνται με δική τους ευθύνη των αναγνωστών

Βήμα 1: Προβλήματα και δηλώσεις σχεδιασμού

Δήλωση προβλήματος:

Η έλλειψη πρόσβασης σε εργαστηριακό και κλινικό εξοπλισμό για τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών οδηγεί σε προληπτικούς θανάτους πολλών σε απομακρυσμένες και χαμηλές περιοχές υποδομής. Συγκεκριμένα, η έλλειψη πρόσβασης σε βασικές αξιόπιστες φυγόκεντρες αφαιρεί τους εργαζόμενους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης ένα ζωτικό εργαλείο για την καταπολέμηση των αιμοφόρων παθογόνων όπως το AIDS και η ελονοσία.

Δήλωση Σχεδιασμού: Σχεδιασμός μικροκεντροφόρου και αρθρωτής μπαταρίας και πακέτου κινητήρα DC, για να βοηθήσει στη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών που προκαλούνται από αιματογενείς παθολογίες (παθογόνα και παράσιτα). Χρησιμοποιώντας τεχνικές παραγωγής πρόσθετων όπου είναι βιώσιμο, αυτός ο σχεδιασμός επιδιώκει να βελτιώσει τη φορητότητα και να μειώσει τα οικονομικά εμπόδια των τεχνολογιών που σώζουν ζωές.

Βήμα 2: Αιτιολογία σχεδιασμού:

Αυτός ο σχεδιασμός στοχεύει στην παραγωγή μιας μικροφυγόκεντρου κατάλληλης για αντικατάσταση σε αγροτικές περιοχές, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη εκτύπωση FDM επιφάνειας εργασίας, κοπή λέιζερ και ηλεκτρονικά είδη χόμπι. Με αυτόν τον τρόπο, ελπίζουμε ότι η συσκευή θα είναι προσβάσιμη σε μια μεγάλη ποικιλία επαγγελματιών υγείας με διαφορετική πρόσβαση σε πόρους.

Κατά το σχεδιασμό του στροφέα φυγοκέντρησης (μέρος του σχεδιασμού που συγκρατεί δοκιμαστικούς σωλήνες):

Η απαιτούμενη δύναμη G για τον διαχωρισμό των δειγμάτων εξαρτάται από τον επιθυμητό τύπο δείγματος, με τις μέσες δυνάμεις για το διαχωρισμό του αίματος στα συστατικά του να κυμαίνονται από 1, 000-2, 000 g (thermofisher.com)

Ο υπολογισμός RPM σε RFC (δύναμη G), μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r, όπου 'r' είναι η ακτίνα του ρότορα (bcf.technion.ac.il) Το

Βήμα 3: Σκέψεις σχεδιασμού

Παρατηρήσεις σχετικά με την πρόσθετη κατασκευή:

• Μπορεί να εμφανιστεί κακή πρόσφυση στο στρώμα, με αποτέλεσμα χαμηλή αντοχή εφελκυσμού και ζημιά στο τμήμα

• Οι ιδιότητες που απαιτούνται διαφέρουν ανάλογα με τα υλικά. Ορισμένα προσφέρουν καλή πλευρική καταπόνηση και αντοχή σε συμπίεση με χαμηλό βάρος και κόστος

• Πρέπει να εφαρμοστούν σωστές ρυθμίσεις κατά την κοπή του κωδικού G για να διασφαλιστεί ότι επιτυγχάνονται οι επιθυμητές ιδιότητες υλικού

• Η μακροζωία των εξαρτημάτων που παράγονται χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική είναι σχετικά χαμηλή σε σύγκριση με εκείνα που χρησιμοποιούν ακριβότερες τεχνικές και υλικά όπως CNC άλεσης μετάλλων.

• Τα θερμοπλαστικά έχουν σχετικά χαμηλή θερμοκρασία μετάβασης, επομένως πρέπει να διατηρείται χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας (<περίπου 80-90 βαθμοί Κελσίου)

Περαιτέρω περιορισμοί σχεδιασμού:

• Ορισμένες περιοχές ενδέχεται να μην έχουν επαρκή πρόσβαση σε ρεύμα, μπορεί να πρέπει να τροφοδοτούνται από βασικά φορητά ηλιακά, μπαταρίες κ.λπ.

• Οι δονήσεις και η ισορροπία μπορεί να είναι ένα ζήτημα

• Πρέπει να είναι σε θέση να παράγει υψηλές στροφές ανά λεπτό για περιόδους έως 15 λεπτά ή περισσότερο, με αποτέλεσμα υψηλή μηχανική καταπόνηση σε ορισμένα μέρη

• Οι χρήστες ενδέχεται να μην έχουν εμπειρία στη χρήση εξοπλισμού και θα χρειαστούν υποστήριξη για τη μείωση του τεχνικού φραγμού

Βήμα 4: Σχεδιασμός αρχικής/βασικής μονάδας

Ο παραπάνω σχεδιασμός αξιοποιεί καλύτερα τον χώρο για να παρέχει επαρκή χώρο για εσωτερικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα και εξασφαλίζει αρκετά μεγάλη ακτίνα για μια ποικιλία στροφέων φυγοκέντρησης και μεγέθους σωλήνων. Το στυλ του σχεδίου «κουμπώνει μαζί» έχει επιλεγεί για να εξαλείψει την ανάγκη για υλικό στήριξης κατά την παραγωγή και να επιτρέψει την εύκολη εκτύπωση, επισκευή και κατασκευή τόσο σε πρόσθετες όσο και σε αφαιρετικές κατασκευές. Επιπλέον, η εκτύπωση μικρότερων μεμονωμένων εξαρτημάτων θα μειώσει τον αντίκτυπο της αποτυχίας/σφάλματος εκτύπωσης και θα επιτρέψει τη χρήση μιας μεγαλύτερης ποικιλίας μεγεθών εκτύπωσης.

Εκμεταλλευόμενοι έναν αρθρωτό σχεδιασμό, πολλοί διαφορετικοί τύποι φυγοκεντρικών μπολ μπορεί να προσαρτηθούν στη συσκευή. Οι γρήγορες τροποποιήσεις και η παραγωγή αυτών των εξαρτημάτων μέσω πρόσθετης κατασκευής επιτρέπει αλλαγές στην παραγόμενη δύναμη G και επεξεργασία μεγέθους/τύπου δείγματος. Αυτό βοηθά να του δοθεί ένα πλεονέκτημα έναντι των παραδοσιακών μηχανών και παρέχει μια καινοτόμο προσέγγιση στο σχεδιασμό μηχανών σύμφωνα με τις ανάγκες του τελικού χρήστη. Επιπλέον, τα δοχεία έρματος παρέχουν την ευκαιρία να προσθέσουν υποστήριξη και να μειώσουν τους κραδασμούς

Βήμα 5: Λίστα μερών

Τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη: Τα αρχεία θα μεταφορτωθούν στο Github και το thingiverse και θα ενημερωθούν το συντομότερο δυνατό.

• 1 x Βίδα άξονα
• 1 x Rotor Nut
• 1 x καρύδι καπακιού
• 1 x Κύριο καπάκι
• 4 x Σώμα περιστροφής
• 1 x Σταθερός στροφέας γωνίας
• 4 x Επάνω/Κάτω έρμα
• 2 x Πλευρικό έρμα

Ηλεκτρονικά: (Σύνδεσμοι στα προϊόντα σύντομα)

Arduino Nano ($ 8-10)

Καλώδια σύνδεσης (<0,2 $)

Ηλεκτρονικός ελεγκτής ταχύτητας ($ 8-10)

Κινητήρας χωρίς ψήκτρες DC 12V (15-25 $)

Ποτενσιόμετρο (0,1 $)

Επαναφορτιζόμενη μπαταρία Li-po (15-25 $)

Βήμα 6: Εκτύπωση ανταλλακτικών:

Όλα τα μέρη είναι διαθέσιμα από το github εδώ: Διατίθενται επίσης από το thingiverse εδώ:

Τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη: 1 x βίδα άξονα

1 x Rotor Nut

1 x καρύδι καπακιού

1 x Κύριο καπάκι

4 x Σώμα περιστροφής

1 x Σταθερός στροφέας γωνίας

4 x Επάνω/Κάτω έρμα

2 x Πλευρικό έρμα

Οι γενικές ρυθμίσεις πρόχειρου από το Cura, ή παρόμοιες σε επιλεγμένο λογισμικό κοπής, αποτελούν μια καλή οδηγία για την εκτύπωση όλων των τμημάτων του σώματος και του έρματος.

Βήμα 7: Συναρμολόγηση: Πρώτο βήμα

• Προετοιμάστε τα ακόλουθα μέρη για συναρμολόγηση όπως φαίνεται:

  • Βάση φυγοκέντρησης
  • Συστατικό περίβλημα
  • 4 x σώμα ρότορα
• Όλα τα μέρη πρέπει να ταιριάζουν καλά μεταξύ τους και να στερεώνονται με κατάλληλες κόλλες

Βήμα 8: Συναρμολόγηση: Ηλεκτρονικά εξαρτήματα

Προετοιμάστε τα ακόλουθα ηλεκτρονικά εξαρτήματα για έλεγχο:

• Μοτέρ DC και ECS
• Μπαταρία
• Arduino Nano
• Breadboard
• Ποτενσιόμετρο
• Καλώδια βραχυκυκλωτήρων

Κωδικοποίηση και οδηγίες για το arduino μπορείτε να βρείτε εδώ:

Άρθρο από

Ο κινητήρας δοκιμής λειτουργεί ομαλά και ανταποκρίνεται στο ποτενσιόμετρο. Εάν είναι, τότε εγκαταστήστε τα ηλεκτρονικά στο περίβλημα και δοκιμάστε τον κινητήρα να λειτουργεί ομαλά και με ελάχιστους κραδασμούς.

Φωτογραφίες για την ακριβή τοποθέτηση θα προστεθούν σύντομα.

Βήμα 9: Συναρμολόγηση: Προσάρτηση βίδας περιστροφής και περιστροφής

Συλλέξτε ρότορα, κυλίνδρους, περιστρεφόμενους και περιστρεφόμενους ξηρούς καρπούς.

Βεβαιωθείτε ότι όλα τα μέρη έχουν καλή εφαρμογή. Η λείανση μπορεί να βοηθήσει εάν η εφαρμογή είναι πολύ σφιχτή.

Βεβαιωθείτε ότι ο ρότορας έχει μια ομαλή διαδρομή και δεν παραλείπει ή ταλαντεύεται υπερβολικά. Ένα επίπεδο πιάτο μπορεί να εκτυπωθεί ή να κοπεί από ακρυλικό, για να βοηθήσει στη σταθερότητα αν χρειαστεί.

Μόλις τα μέρη έχουν υποστεί λείανση και τοποθέτηση, συνδέστε τη βίδα περιστροφής στον άξονα του κινητήρα και στερεώστε τον ρότορα με τα παξιμάδια όπως φαίνεται στην εικόνα.

Ο ρότορας μπορεί να αφαιρεθεί για εκφόρτωση και φόρτωση δειγμάτων ή για αλλαγή τύπων ρότορα.

Βήμα 10: Συναρμολόγηση: Έρμα και καπάκια

Συγκεντρώστε δοχεία επάνω και πλευρικού έρματος, αυτά θα λειτουργήσουν ως υποστήριξη, στάθμιση και απόσβεση κραδασμών.

Τα μέρη πρέπει να τοποθετούνται μεταξύ τους και να παραμένουν στη θέση τους όταν γεμίζουν. Εάν είναι απαραίτητο, τα μέρη μπορούν να στερεωθούν μαζί με σούπερ κόλλα ή παρόμοια κόλλα.

Το κύριο καπάκι πάνω από τον ρότορα πρέπει να εφαρμόζει καλά όταν στερεώνεται με το επάνω παξιμάδι του ρότορα.

Τα μέρη πρέπει να ταιριάζουν όπως φαίνεται στην εικόνα.

Βήμα 11: Συμπέρασμα

Οι εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας σε απομακρυσμένη τοποθεσία αντιμετωπίζουν την πρόκληση οικονομικών και υλικοτεχνικών εμποδίων που σχετίζονται με την απόκτηση και τη συντήρηση ζωτικών ιατρικών και διαγνωστικών συσκευών και ανταλλακτικών. Η έλλειψη πρόσβασης σε βασικό εξοπλισμό όπως φυγοκεντρητές και συστήματα αντλιών μπορεί να οδηγήσει σε θανατηφόρους χρόνους αναμονής και λανθασμένη διάγνωση.

Αυτός ο σχεδιασμός πέτυχε το επιθυμητό αποτέλεσμα δείχνοντας ότι είναι εφικτό να δημιουργηθεί μια ιατρική συσκευή ανοικτής πηγής (μικροφυγόκεντρο), χρησιμοποιώντας τεχνικές κατασκευής επιτραπέζιων υπολογιστών και βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Μπορεί να παραχθεί στο ένα δέκατο του κόστους των εμπορικά διαθέσιμων μηχανημάτων και να επισκευαστεί ή να αποσυναρμολογηθεί εύκολα για ανταλλακτικά που θα χρησιμοποιηθούν σε άλλες συσκευές, μειώνοντας τα οικονομικά εμπόδια. Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα παρέχουν σταθερή αξιόπιστη ισχύ για το χρόνο που απαιτείται για την επεξεργασία των πιο συνηθισμένων δειγμάτων αίματος, παρέχοντας καλύτερη διάγνωση από τις χειροκίνητες ή μονάδες εξόδου, σε περιοχές χαμηλής υποδομής. Η σκοπιμότητα αυτού του σχεδιασμού έχει μελλοντικές δυνατότητες στην ανάπτυξη μιας σπονδυλωτής πλατφόρμας ιατρικών συσκευών ανοικτής πηγής, χρησιμοποιώντας ένα βασικό σύνολο εξαρτημάτων για την οδήγηση διαφόρων συσκευών, όπως περισταλτικές αντλίες, ή όπως σε αυτό το σχέδιο, μικροφυγόκεντρες. Με τη δημιουργία μιας βιβλιοθήκης αρχείων ανοιχτής πηγής, η πρόσβαση σε έναν μόνο εκτυπωτή FDM θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μιας σειράς εξαρτημάτων, με λίγες γνώσεις στο σχεδιασμό που απαιτούνται από τον τελικό χρήστη. Αυτό θα εξαλείψει τα προβλήματα υλικοτεχνικής υποστήριξης που σχετίζονται με την αποστολή βασικών εξαρτημάτων, εξοικονομώντας χρόνο και ζωές.