Máy ly tâm siêu nhỏ Thiết bị y sinh nguồn mở: 11 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Đây là một dự án đang thực hiện sẽ được cập nhật với sự hỗ trợ của cộng đồng và các nghiên cứu và hướng dẫn thêm

Mục tiêu của dự án này là tạo ra thiết bị phòng thí nghiệm mô-đun nguồn mở, dễ vận chuyển và được chế tạo từ các bộ phận có nguồn gốc rẻ để hỗ trợ chẩn đoán bệnh ở các vùng sâu vùng xa và cơ sở hạ tầng thấp

Đây sẽ là một dự án nguồn mở đang diễn ra với sứ mệnh cung cấp một nền tảng mô-đun cho các thiết bị y tế, có thể dễ dàng sửa đổi và mở rộng với chi phí thấp

Các thiết kế ban đầu sẽ dành cho pin mô-đun và gói động cơ DC, và máy ly tâm siêu nhỏ

Nó sẽ tìm kiếm sự giúp đỡ của cộng đồng nguồn mở trực tuyến để hỗ trợ hỗ trợ, sửa đổi và thiết kế thêm, nhằm nhắm mục tiêu các nhu cầu cụ thể của cá nhân nhân viên y tế ở vùng sâu vùng xa và vùng nông thôn

KHUYẾN CÁO: Dự án vẫn đang trong quá trình kiểm tra thiết kế và chức năng và chưa phù hợp cho BẤT KỲ ứng dụng chẩn đoán hoặc lâm sàng nào. Các thiết bị điện tử và động cơ phải được lắp ráp và sử dụng với rủi ro riêng của người đọc

Bước 1: Tuyên bố về vấn đề và thiết kế

Báo cáo vấn đề:

Việc thiếu khả năng tiếp cận với các thiết bị xét nghiệm và lâm sàng để hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh dẫn đến cái chết có thể ngăn ngừa được của nhiều người ở các vùng sâu vùng xa và cơ sở hạ tầng thấp. Cụ thể, việc không được tiếp cận với các máy ly tâm cơ bản đáng tin cậy đã tước đi công cụ quan trọng của các nhân viên y tế trong cuộc chiến chống lại các mầm bệnh lây truyền qua đường máu như AIDS và sốt rét.

Tuyên bố thiết kế: Để thiết kế một máy ly tâm siêu nhỏ, pin mô-đun và bộ động cơ DC, để hỗ trợ chẩn đoán và điều trị các bệnh do bệnh lý lây truyền qua đường máu (mầm bệnh và ký sinh trùng). Sử dụng các kỹ thuật sản xuất phụ gia nếu có thể, thiết kế này tìm cách cải thiện tính di động và giảm các rào cản kinh tế của các công nghệ tiết kiệm tuổi thọ.

Bước 2: Cơ sở thiết kế:

Thiết kế này nhằm mục đích sản xuất một máy ly tâm siêu nhỏ phù hợp để sử dụng thay thế ở các vùng nông thôn bằng cách sử dụng in 3D FDM để bàn, cắt laser và thiết bị điện tử cấp độ theo sở thích. Khi làm như vậy, người ta hy vọng rằng thiết bị sẽ có thể tiếp cận được với nhiều chuyên gia chăm sóc sức khỏe với khả năng tiếp cận các nguồn lực khác nhau.

Khi thiết kế rôto ly tâm (một phần của thiết kế chứa các ống nghiệm):

Lực G cần thiết để tách mẫu phụ thuộc vào loại mẫu mong muốn, với lực trung bình để tách máu thành các thành phần của nó nằm trong khoảng 1, 000 - 2, 000 g (thermofisher.com)

Việc tính toán RPM thành RFC (lực G), có thể được tính bằng cách sử dụng RCF = (rpm) 2 × 1,118 × 10-5 × r, trong đó 'r' là bán kính của rôto (bcf.technion.ac.il)

Bước 3: Cân nhắc thiết kế

Cân nhắc sản xuất phụ gia:

• Có thể xảy ra hiện tượng bám dính lớp kém, dẫn đến độ bền kéo kém và hư hỏng một phần

• Thuộc tính yêu cầu, sẽ thay đổi theo vật liệu. Một số cung cấp độ căng bên tốt và độ bền nén với trọng lượng và chi phí thấp

• Các cài đặt chính xác trong quá trình cắt mã G phải được áp dụng để đảm bảo rằng các thuộc tính vật liệu mong muốn có được

• Tuổi thọ của các bộ phận được sản xuất bằng kỹ thuật này tương đối thấp khi so sánh với các bộ phận sử dụng kỹ thuật và vật liệu đắt tiền hơn như kim loại phay CNC.

• Nhựa nhiệt dẻo có nhiệt độ chuyển tiếp tương đối thấp, do đó phải duy trì nhiệt độ hoạt động thấp (<khoảng 80-90 celcius) • Các thiết kế in 3d có nguồn mở sẽ cho phép người dùng sửa đổi thiết kế cho phù hợp với nhu cầu và ràng buộc của họ

Các ràng buộc thiết kế khác:

• Một số khu vực có thể không có đủ khả năng tiếp cận nguồn điện, có thể phải sử dụng năng lượng mặt trời di động cơ bản, pin, v.v.

• Rung và cân bằng có thể là một vấn đề

• Phải có khả năng tạo ra RPM cao trong khoảng thời gian lên đến 15 phút hoặc hơn, dẫn đến ứng suất cơ học cao trên một số bộ phận

• Người dùng có thể không có kinh nghiệm trong việc sử dụng thiết bị và sẽ yêu cầu hỗ trợ để giảm bớt rào cản kỹ thuật

Bước 4: Thiết kế mô-đun ban đầu / cơ sở

Thiết kế trên tận dụng tối đa không gian để cung cấp đủ chỗ cho các linh kiện điện tử bên trong và đảm bảo bán kính đủ lớn cho nhiều loại rôto ly tâm và định cỡ ống. Phong cách thiết kế ‘chụp lại với nhau’ đã được chọn để loại bỏ nhu cầu về vật liệu hỗ trợ trong quá trình sản xuất và cho phép dễ dàng in ấn, sửa chữa và chế tạo trong cả sản xuất cộng và trừ. Ngoài ra, việc in các bộ phận riêng lẻ nhỏ hơn sẽ giảm tác động của lỗi / lỗi in và cho phép sử dụng nhiều kích thước khổ giấy hơn.

Bằng cách tận dụng lợi thế của thiết kế mô-đun, nhiều loại bát ly tâm khác nhau có thể được gắn vào thiết bị. Việc sửa đổi và sản xuất nhanh chóng các bộ phận này thông qua sản xuất phụ gia cho phép thay đổi lực G được tạo ra và kích thước / loại mẫu được xử lý. Điều này giúp nó có lợi thế hơn so với các máy truyền thống và cung cấp một cách tiếp cận sáng tạo để thiết kế máy theo nhu cầu của người dùng cuối.

Bước 5: Danh sách bộ phận

Phần in 3d: Các tệp sẽ được tải lên Github và thingiverse và được cập nhật càng sớm càng tốt.

• 1 x Trục vít
• 1 x Đai rôto
• 1 x Nut Nut
• 1 x Nắp chính
• 4 x Thân rôto
• 1 x Rotor góc cố định
• 4 x Ballast trên / dưới
• 2 x chấn lưu bên

Điện tử: (Liên kết đến sản phẩm sớm)

Arduino Nano ($ 8-10)

Dây kết nối (<$ 0,2)

Bộ điều khiển tốc độ điện tử ($ 8-10)

Động cơ DC không chổi than 12V ($ 15-25)

Chiết áp (0,1 đô la)

Pin sạc Li-po ($ 15-25)

Bước 6: In các bộ phận:

Tất cả các phần đều có sẵn từ github tại đây: Cũng có sẵn từ thingiverse tại đây:

Bộ phận in 3d: 1 x Trục vít

1 x Đai rôto

1 x Nut Nut

1 x Nắp chính

4 x Thân rôto

1 x Rotor góc cố định

4 x Ballast trên / dưới

2 x Ballast bên

Cài đặt nháp chung từ Cura, hoặc tương tự trong phần mềm máy cắt được chọn, là hướng dẫn tốt để in tất cả các bộ phận thân máy và chấn lưu.

Bước 7: Lắp ráp: Bước đầu tiên

• Chuẩn bị các bộ phận sau để lắp ráp như hình minh họa:

  • Cơ sở ly tâm
  • Vỏ thành phần
  • 4 x thân rôto
• Tất cả các bộ phận phải vừa khít với nhau và được bảo vệ bằng chất kết dính thích hợp

Bước 8: Lắp ráp: Linh kiện điện tử

Chuẩn bị các thành phần điện tử sau để thử nghiệm:

• Động cơ DC và ECS
• Ắc quy
• Arduino Nano
• Breadboard
• Chiết áp
• Dây nhảy

Mã hóa và hướng dẫn cho arduino có thể được tìm thấy tại đây:

Bài viết của

Mô tơ kiểm tra chạy êm và nhạy với chiết áp. Nếu đúng thì hãy lắp các thiết bị điện tử vào vỏ và kiểm tra động cơ chạy êm và ít rung lắc.

Hình ảnh về vị trí chính xác sẽ sớm được thêm vào.

Bước 9: Lắp ráp: Gắn Rotor và Spinner Screw

Tập hợp các đai ốc rôto, con lăn, con quay và con quay.

Đảm bảo tất cả các bộ phận có một sự phù hợp tốt. Chà nhám có thể hữu ích nếu quần áo quá chật.

Đảm bảo rôto có đường dẫn trơn tru và không bị lệch hoặc lắc lư quá mức. Một đĩa phẳng có thể được in, hoặc cắt từ acrylic, để hỗ trợ sự ổn định nếu cần.

Khi các bộ phận đã được chà nhám và lắp vừa vặn, hãy gắn vít spinner vào trục chính của động cơ và cố định rôto bằng các đai ốc như hình minh họa.

Rotor có thể được tháo ra để dỡ và tải mẫu, hoặc để thay đổi loại rotor.

Bước 10: Lắp ráp: Chấn lưu và nắp đậy

Tập hợp các thùng chứa dằn phía trên và bên cạnh, chúng sẽ hoạt động như giá đỡ, trọng lượng và giảm rung.

Các bộ phận phải sắp xếp với nhau và giữ nguyên vị trí khi được lấp đầy. Nếu cần, các bộ phận có thể được cố định với nhau bằng keo siêu dính hoặc chất kết dính tương tự.

Nắp chính trên rôto phải khít chặt khi được gắn chặt với đai ốc trên rôto.

Các bộ phận phải phù hợp như thể hiện trong hình ảnh.

Bước 11: Kết luận

Nhân viên y tế ở địa điểm xa phải đối mặt với thách thức về các rào cản kinh tế và hậu cần liên quan đến việc thu thập và duy trì các thiết bị và bộ phận y tế, chẩn đoán quan trọng. Việc thiếu khả năng tiếp cận với các thiết bị cơ bản như máy ly tâm và hệ thống máy bơm có thể dẫn đến thời gian chờ đợi và chẩn đoán sai gây tử vong.

Thiết kế này đã đáp ứng được kết quả mong muốn khi cho thấy có thể tạo ra một thiết bị y tế nguồn mở (máy ly tâm siêu nhỏ), sử dụng các kỹ thuật sản xuất máy tính để bàn và các linh kiện điện tử cơ bản. Nó có thể được sản xuất với chi phí bằng một phần mười so với các máy thương mại, và dễ dàng sửa chữa hoặc tháo rời các bộ phận để sử dụng trong các thiết bị khác, giảm bớt các rào cản kinh tế. Các thành phần điện tử cung cấp nguồn điện liên tục đáng tin cậy trong thời gian cần thiết để xử lý hầu hết các mẫu máu thông thường, cung cấp khả năng chẩn đoán tốt hơn so với các thiết bị cấp nguồn hoặc ổ cắm bằng tay ở các khu vực cơ sở hạ tầng thấp. Tính khả thi của thiết kế này có tiềm năng trong tương lai trong việc phát triển một nền tảng nguồn mở mô-đun của các thiết bị y tế, sử dụng một tập hợp các thành phần cốt lõi để điều khiển các thiết bị khác nhau như máy bơm nhu động, hoặc như trong thiết kế này, máy ly tâm siêu nhỏ. Với việc thiết lập một thư viện các tệp có nguồn mở, quyền truy cập vào một máy in FDM duy nhất có thể được sử dụng để sản xuất một loạt các bộ phận mà người dùng cuối yêu cầu ít kiến thức về thiết kế. Điều này sẽ loại bỏ các vấn đề hậu cần liên quan đến việc vận chuyển các thành phần cơ bản, tiết kiệm thời gian và sinh mạng.