جهاز طبي حيوي مفتوح المصدر دقيق الطرد المركزي: 11 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

هذا مشروع مستمر سيتم تحديثه بدعم المجتمع والمزيد من البحث والتعليمات

الهدف من هذا المشروع هو إنشاء معدات مختبر معيارية مفتوحة المصدر يسهل نقلها وبناؤها من أجزاء رخيصة المصدر للمساعدة في تشخيص الأمراض في مناطق البنية التحتية النائية والمنخفضة

سيكون هذا مشروعًا مستمرًا مفتوح المصدر مع مهمة توفير منصة معيارية للأجهزة الطبية ، والتي يمكن تعديلها بسهولة وتوسيعها بتكلفة منخفضة

ستكون التصميمات الأولية لبطارية معيارية وحزمة محرك DC وأجهزة طرد مركزي دقيقة

سيطلب المساعدة من مجتمع المصادر المفتوحة عبر الإنترنت للمساعدة في الدعم والتعديل والمزيد من التصميمات لاستهداف الاحتياجات الفردية الخاصة للعاملين في مجال الرعاية الصحية في المناطق النائية والريفية

إخلاء المسؤولية: لا يزال المشروع يخضع للتصميم واختبار الوظائف وهو غير مناسب بعد لأي تطبيق تشخيصي أو سريري. يتم تجميع الإلكترونيات والمحركات واستخدامها على مسئولية القراء الخاصة

الخطوة 1: بيانات المشكلة والتصميم

عرض المشكلة:

يؤدي الافتقار إلى الوصول إلى المعدات المختبرية والسريرية للمساعدة في تشخيص الأمراض وعلاجها إلى وفيات يمكن الوقاية منها للكثيرين في المناطق النائية والمنخفضة البنية التحتية. على وجه التحديد ، فإن عدم الوصول إلى أجهزة الطرد المركزي الأساسية الموثوقة يحرم العاملين في مجال الرعاية الصحية من أداة حيوية في مكافحة مسببات الأمراض المنقولة بالدم مثل الإيدز والملاريا.

بيان التصميم: لتصميم جهاز طرد مركزي صغير وبطارية معيارية وحزمة محرك DC للمساعدة في تشخيص وعلاج الأمراض التي تسببها الأمراض التي تنتقل عن طريق الدم (مسببات الأمراض والطفيليات). باستخدام تقنيات التصنيع المضافة حيثما كان ذلك ممكنًا ، يسعى هذا التصميم إلى تحسين قابلية النقل وتقليل الحواجز الاقتصادية للتقنيات المنقذة للحياة.

الخطوة الثانية: التصميم المنطقي:

يهدف هذا التصميم إلى إنتاج جهاز طرد مركزي صغير مناسب للاستخدام البديل في المناطق الريفية من خلال استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لسطح المكتب والقطع بالليزر والإلكترونيات الخاصة بالهوايات. عند القيام بذلك ، من المأمول أن يكون الجهاز في متناول مجموعة متنوعة من المتخصصين في الرعاية الصحية مع إمكانية وصول متفاوتة إلى الموارد.

عند تصميم دوار جهاز الطرد المركزي (جزء من التصميم يحمل أنابيب الاختبار):

تعتمد القوة G المطلوبة لفصل العينات على نوع العينة المطلوب ، مع متوسط قوى لفصل الدم إلى مكوناته يتراوح بين 1 ، 000 - 2 ، 000 جم (thermofisher.com)

يمكن حساب RPM إلى RFC (G-force) باستخدام RCF = (rpm) 2 × 1.118 × 10-5 × r ، حيث 'r' هو نصف قطر الدوار (bcf.technion.ac.il)

الخطوة 3: اعتبارات التصميم

اعتبارات التصنيع المضافة:

• قد يحدث التصاق ضعيف للطبقة ، مما يؤدي إلى ضعف قوة الشد وتلف جزئي

• الخصائص المطلوبة ، تختلف باختلاف المواد. يقدم بعضها إجهادًا جانبيًا جيدًا وقوة ضغطًا بوزن وتكلفة منخفضة

• يجب تطبيق الإعدادات الصحيحة أثناء تقطيع كود G لضمان الحصول على خصائص المواد المطلوبة

• طول عمر الأجزاء المنتجة باستخدام هذه التقنية منخفض نسبيًا عند مقارنتها بتلك التي تستخدم تقنيات ومواد أكثر تكلفة مثل معادن طحن CNC.

• تتميز اللدائن الحرارية بدرجة حرارة انتقال منخفضة نسبيًا ، لذلك يجب الحفاظ على درجة حرارة تشغيل منخفضة (<80-90 درجة مئوية تقريبًا) • ستسمح التصاميم المطبوعة ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر للمستخدمين بتعديل التصميمات لتناسب احتياجاتهم وقيودهم

مزيد من قيود التصميم:

• قد لا تتمكن بعض المناطق من الوصول إلى الطاقة بشكل كافٍ ، وقد يلزم تزويدها بالطاقة بواسطة الطاقة الشمسية المحمولة الأساسية والبطاريات وما إلى ذلك.

• قد يكون الاهتزاز والتوازن مشكلة

• يجب أن تكون قادرًا على إخراج عدد دورات مرتفع في الدقيقة لفترات تصل إلى 15 دقيقة أو أكثر ، مما يؤدي إلى ارتفاع الضغط الميكانيكي على بعض الأجزاء

• قد لا يكون المستخدمون من ذوي الخبرة في استخدام المعدات وسيحتاجون إلى دعم لتقليل الحاجز الفني

الخطوة 4: تصميم الوحدة الأولية / الأساسية

يستخدم التصميم أعلاه المساحة على أفضل وجه لتوفير مساحة كافية للمكونات الإلكترونية الداخلية ويضمن نصف قطر كبير بما يكفي لمجموعة متنوعة من دوارات أجهزة الطرد المركزي وتحجيم الأنبوب. تم اختيار أسلوب "التقط معًا" للتصميم للتخلص من الحاجة إلى مواد الدعم أثناء الإنتاج وللسماح بسهولة الطباعة والإصلاح والتصنيع في كل من التصنيع الإضافي والطرح. بالإضافة إلى ذلك ، ستقلل طباعة الأجزاء الفردية الصغيرة من تأثير فشل الطباعة / الخطأ ، وتسمح باستخدام مجموعة أكبر من أحجام أسرة الطباعة.

من خلال الاستفادة من التصميم المعياري ، يمكن توصيل العديد من الأنواع المختلفة لأوعية الطرد المركزي بالجهاز. تتيح التعديلات والإنتاج السريع لهذه الأجزاء من خلال التصنيع الإضافي إجراء تغييرات على قوة G ومعالجة حجم / نوع العينة. يساعد ذلك في منحها ميزة على الآلات التقليدية ويوفر نهجًا مبتكرًا لتصميم الآلات وفقًا لاحتياجات المستخدم النهائي ، علاوة على ذلك ، توفر حاويات الصابورة فرصة لإضافة الدعم وتخفيف الاهتزازات

الخطوة 5: قائمة الأجزاء

الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد: سيتم تحميل الملفات إلى Github و thingiverse وتحديثها في أسرع وقت ممكن.

• 1 × برغي المغزل
• 1 × صامولة دوار
• 1 × غطاء الجوز
• 1 × غطاء رئيسي
• 4 × جسم الدوار
• 1 × دوار زاوية ثابتة
• 4 × الصابورة العلوية / السفلية
• 2 × صابورة جانبية

الإلكترونيات: (روابط للمنتجات قريبًا)

اردوينو نانو (8-10 دولارات)

أسلاك الموصل (<0.2 دولار)

وحدة تحكم السرعة الإلكترونية (8-10 دولارات)

محرك DC بدون فرشات 12 فولت (15-25 دولارًا)

مقياس الجهد (0.1 دولار)

بطارية Li-po قابلة لإعادة الشحن (15-25 دولارًا)

الخطوة السادسة: طباعة الأجزاء:

جميع الأجزاء متوفرة من جيثب هنا: متوفرة أيضًا من الأشياء المتنوعة هنا:

الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد: 1 × برغي المغزل

1 × صامولة دوار

1 × غطاء الجوز

1 × غطاء رئيسي

4 × جسم الدوار

1 × دوار زاوية ثابتة

4 × الصابورة العلوية / السفلية

2 × صابورة جانبية

تعد إعدادات المسودة العامة من Cura ، أو ما شابهها في برنامج التقطيع المحدد ، بمثابة دليل جيد لطباعة جميع أجزاء الجسم والصابورة.

الخطوة 7: التجميع: الخطوة الأولى

• قم بإعداد الأجزاء التالية للتجميع كما هو موضح:

  • قاعدة الطرد المركزي
  • غلاف المكون
  • 4 × جسم الدوار
• يجب أن تتناسب جميع الأجزاء مع بعضها بإحكام وأن يتم تأمينها باستخدام مواد لاصقة مناسبة

الخطوة 8: التجميع: المكونات الإلكترونية

قم بإعداد المكونات الإلكترونية التالية للاختبار:

• محرك DC و ECS
• بطارية
• اردوينو نانو
• اللوح
• مقياس فرق الجهد
• أسلاك العبور

يمكن العثور على ترميز وتعليمات اردوينو هنا:

مقال بواسطة

محرك الاختبار يعمل بسلاسة ويستجيب لمقياس الجهد. إذا كان الأمر كذلك ، فقم بتثبيت الإلكترونيات في الغلاف واختبار تشغيل المحرك بسلاسة وباهتزاز ضئيل.

ستتم إضافة صور الموضع الدقيق قريبًا.

الخطوة 9: التجميع: إرفاق الدوار والمسمار الدوار

اجمع صواميل الدوار ، والبكرات ، وصواميل الدوار ، وصواميل الغزال.

تأكد من أن جميع الأجزاء مناسبة بشكل جيد. قد يساعد الصنفرة إذا كان الملاءمة ضيقة جدًا.

تأكد من أن الدوار لديه مسار سلس ولا يتخطى أو يتمايل بشكل مفرط. يمكن طباعة طبق مسطح أو قصه من الأكريليك للمساعدة في ثباته إذا لزم الأمر.

بمجرد أن تخضع الأجزاء للصنفرة والتركيب ، قم بتوصيل المسمار الدوار بمغزل المحرك وثبّت الدوار بالصواميل كما هو موضح.

يمكن إزالة الدوار لتفريغ وتحميل العينات ، أو لتغيير أنواع الدوار.

الخطوة 10: التجميع: الصابورة والأغطية

اجمع حاويات الصابورة العلوية والجانبية ، والتي ستعمل كدعم ، ووزن ، ومثبط للاهتزاز.

يجب أن تنفتح الأجزاء معًا وتبقى في مكانها عند ملؤها. إذا لزم الأمر ، يمكن تأمين الأجزاء مع الغراء الفائق أو مادة لاصقة مماثلة.

يجب أن يثبت الغطاء الرئيسي فوق الدوار بإحكام عند تثبيته بصامولة الدوار العلوي.

يجب أن تناسب الأجزاء كما هو موضح في الصورة.

الخطوة 11: الخاتمة

يواجه العاملون في مجال الرعاية الصحية في المواقع البعيدة تحدي الحواجز الاقتصادية واللوجستية المرتبطة بالحصول على الأجهزة والأجزاء الطبية والتشخيصية الحيوية والحفاظ عليها. يمكن أن يؤدي الافتقار إلى الوصول إلى المعدات الأساسية مثل أجهزة الطرد المركزي وأنظمة المضخات إلى أوقات انتظار مميتة وتشخيص خاطئ.

حقق هذا التصميم النتيجة المرجوة في إظهار أنه من الممكن إنشاء جهاز طبي مفتوح المصدر (جهاز طرد مركزي صغير) ، باستخدام تقنيات تصنيع سطح المكتب والمكونات الإلكترونية الأساسية. يمكن إنتاجها بعُشر تكلفة الآلات المتاحة تجاريًا ، ويمكن إصلاحها أو تفكيكها بسهولة لاستخدامها في الأجهزة الأخرى ، مما يقلل من الحواجز الاقتصادية. توفر المكونات الإلكترونية طاقة موثوقة ثابتة للوقت المطلوب لمعالجة عينات الدم الأكثر شيوعًا ، مما يوفر تشخيصات أفضل من الوحدات التي تعمل بالطاقة اليدوية ، أو وحدات المخرج ، في مناطق البنية التحتية المنخفضة. جدوى هذا التصميم لها إمكانات مستقبلية في تطوير منصة معيارية مفتوحة المصدر للأجهزة الطبية ، باستخدام مجموعة أساسية من المكونات لقيادة المعدات المختلفة مثل المضخات التمعجية ، أو كما في هذا التصميم ، أجهزة الطرد المركزي الدقيقة. من خلال إنشاء مكتبة للملفات مفتوحة المصدر ، يمكن استخدام الوصول إلى طابعة FDM واحدة لإنتاج مجموعة من الأجزاء ، مع القليل من المعرفة في التصميم الذي يتطلبه المستخدم النهائي. وهذا من شأنه أن يقضي على المشاكل اللوجستية المرتبطة بشحن المكونات الأساسية ، مما يوفر الوقت والأرواح.