माइक्रो-सेंट्रीफ्यूज ओपन-सोर्स बायोमेडिकल डिवाइस: 11 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

यह एक चालू परियोजना है जिसे सामुदायिक समर्थन और आगे के शोध और निर्देश के साथ अद्यतन किया जाएगा।

इस परियोजना का उद्देश्य ओपन-सोर्स, मॉड्यूलर लैब उपकरण बनाना है जो कि परिवहन के लिए आसान है और सस्ते सोर्स वाले हिस्सों से बनाया गया है ताकि दूरस्थ और निम्न बुनियादी ढांचा क्षेत्रों में बीमारियों के निदान में सहायता मिल सके।

यह चिकित्सा उपकरणों के लिए एक मॉड्यूलर प्लेटफॉर्म प्रदान करने के मिशन के साथ एक चालू ओपन सोर्स प्रोजेक्ट होगा, जिसे आसानी से संशोधित किया जा सकता है और कम लागत पर विस्तारित किया जा सकता है।

प्रारंभिक डिजाइन एक मॉड्यूलर बैटरी और डीसी मोटर पैक, और माइक्रो-सेंट्रीफ्यूज के लिए होंगे।

यह दूरस्थ और ग्रामीण इलाकों में स्वास्थ्य कर्मियों की व्यक्तिगत विशिष्ट आवश्यकताओं को लक्षित करने के लिए समर्थन, संशोधन और आगे के डिजाइनों में सहायता के लिए ऑनलाइन ओपन-सोर्स समुदाय की मदद लेगा।

अस्वीकरण: परियोजना अभी भी डिजाइन और कार्यक्षमता परीक्षण से गुजर रही है और अभी तक किसी भी नैदानिक या नैदानिक अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त नहीं है। इलेक्ट्रॉनिक्स और मोटर्स को असेंबल किया जाना है और पाठकों के अपने जोखिम पर उपयोग किया जाना है।

चरण 1: समस्या और डिजाइन विवरण

समस्या का विवरण:

रोगों के निदान और उपचार में सहायता के लिए प्रयोगशाला और नैदानिक उपकरणों तक पहुंच की कमी के कारण दूरस्थ और निम्न बुनियादी ढांचा क्षेत्रों में कई लोगों की मृत्यु को रोका जा सकता है। विशेष रूप से, बुनियादी विश्वसनीय सेंट्रीफ्यूज तक पहुंच की कमी, एड्स और मलेरिया जैसे रक्त-जनित रोगजनकों के खिलाफ लड़ाई में एक महत्वपूर्ण उपकरण के स्वास्थ्य कर्मियों को छीन लेती है।

डिज़ाइन स्टेटमेंट: रक्त-जनित विकृति (रोगजनकों और परजीवी) के कारण होने वाली बीमारियों के निदान और उपचार में सहायता के लिए एक माइक्रो-सेंट्रीफ्यूज, और मॉड्यूलर बैटरी और डीसी मोटर पैक डिजाइन करना। जहां व्यवहार्य हो, एडिटिव निर्माण तकनीकों का उपयोग करते हुए, यह डिज़ाइन पोर्टेबिलिटी में सुधार और जीवन रक्षक प्रौद्योगिकियों की कम आर्थिक बाधाओं को कम करना चाहता है।

चरण 2: डिजाइन तर्क:

इस डिज़ाइन का उद्देश्य डेस्कटॉप FDM 3D प्रिंटिंग, लेजर कटिंग और हॉबी ग्रेड इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके ग्रामीण क्षेत्रों में प्रतिस्थापन उपयोग के लिए उपयुक्त माइक्रोसेंट्रीफ्यूज का उत्पादन करना है। ऐसा करने में, यह आशा की जाती है कि यह उपकरण विभिन्न प्रकार के स्वास्थ्य देखभाल पेशेवरों के लिए सुलभ होगा जिनके पास संसाधनों तक अलग-अलग पहुंच होगी।

अपकेंद्रित्र रोटर को डिजाइन करते समय (डिजाइन का हिस्सा जिसमें टेस्ट ट्यूब होते हैं):

नमूनों को अलग करने के लिए आवश्यक जी-बल वांछित नमूना प्रकार पर निर्भर है, इसके घटकों में रक्त को अलग करने के लिए औसत बल 1, 000 - 2, 000 ग्राम (thermofisher.com) तक है।

RFC (G-बल) के लिए RPM की गणना, RCF = (rpm)2 × 1.118 × 10-5 × r का उपयोग करके की जा सकती है, जहाँ 'r' रोटर की त्रिज्या है (bcf.technion.ac.il)

चरण 3: डिजाइन विचार

योजक विनिर्माण विचार:

• खराब परत आसंजन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब तन्यता ताकत और आंशिक क्षति हो सकती है

• आवश्यक गुण, सामग्री के अनुसार अलग-अलग होंगे। कुछ कम वजन और लागत पर अच्छा पार्श्व तनाव और संपीड़न शक्ति प्रदान करते हैं

• जी-कोड को काटने के दौरान सही सेटिंग्स को लागू किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वांछित भौतिक गुण प्राप्त किए गए हैं

• सीएनसी मिलिंग धातुओं जैसी अधिक महंगी तकनीकों और सामग्रियों का उपयोग करने वालों की तुलना में इस तकनीक का उपयोग करके उत्पादित भागों की दीर्घायु अपेक्षाकृत कम है।

• थर्माप्लास्टिक में अपेक्षाकृत कम संक्रमण तापमान होता है, इसलिए कम परिचालन तापमान बनाए रखा जाना चाहिए (<लगभग 80-90 सेल्सियस) • ओपन-सोर्स 3डी प्रिंटेड डिज़ाइन उपयोगकर्ताओं को उनकी आवश्यकताओं और बाधाओं के अनुरूप डिज़ाइन को संशोधित करने की अनुमति देगा।

आगे की डिजाइन बाधाएं:

• कुछ क्षेत्रों में बिजली की पर्याप्त पहुंच नहीं हो सकती है, बुनियादी पोर्टेबल सौर, बैटरी आदि द्वारा संचालित होना पड़ सकता है।

• कंपन और संतुलन एक समस्या हो सकती है

• 15 मिनट या उससे अधिक की अवधि के लिए उच्च आरपीएम आउटपुट करने में सक्षम होना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप कुछ हिस्सों पर उच्च यांत्रिक तनाव होता है

• उपयोगकर्ताओं को उपकरण के उपयोग का अनुभव नहीं हो सकता है और तकनीकी अवरोध को कम करने के लिए समर्थन की आवश्यकता होगी

चरण 4: प्रारंभिक/आधार मॉड्यूल डिजाइन

उपरोक्त डिज़ाइन आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए पर्याप्त जगह प्रदान करने के लिए स्थान का सर्वोत्तम उपयोग करता है और विभिन्न प्रकार के अपकेंद्रित्र रोटार और ट्यूब आकार के लिए एक बड़ा पर्याप्त त्रिज्या सुनिश्चित करता है। उत्पादन के दौरान समर्थन सामग्री की आवश्यकता को समाप्त करने और योगात्मक और घटिया निर्माण दोनों में आसान मुद्रण, मरम्मत और निर्माण की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन की 'स्नैप टुगेदर' शैली को चुना गया है। इसके अतिरिक्त, छोटे अलग-अलग हिस्सों की छपाई मुद्रण विफलता/त्रुटि के प्रभाव को कम करेगी, और प्रिंटबेड आकारों की एक बड़ी विविधता का उपयोग करने की अनुमति देगी।

मॉड्यूलर डिजाइन का लाभ उठाकर, कई अलग-अलग प्रकार के केन्द्रापसारक कटोरे डिवाइस से जुड़े हो सकते हैं। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के माध्यम से इन भागों के तेजी से संशोधन और उत्पादन से उत्पादित जी-फोर्स में बदलाव की अनुमति मिलती है, और नमूना आकार / प्रकार संसाधित होता है। यह इसे पारंपरिक मशीनों पर एक लाभ देने में मदद करता है और अंतिम उपयोगकर्ता की जरूरतों के आसपास मशीनों को डिजाइन करने के लिए एक अभिनव दृष्टिकोण प्रदान करता है। इसके अलावा, गिट्टी कंटेनर समर्थन जोड़ने और कंपन को कम करने का मौका प्रदान करते हैं।

चरण 5: भागों की सूची

3 डी प्रिंटेड पार्ट्स: फाइलें जीथब और थिंगविवर्स पर अपलोड की जाएंगी और जल्द से जल्द अपडेट की जाएंगी।

• 1 एक्स स्पिंडल स्क्रू
• 1 एक्स रोटर नट
• 1 एक्स ढक्कन नट
• 1 एक्स मुख्य ढक्कन
• 4 एक्स रोटर बॉडी
• 1 एक्स फिक्स्ड एंगल रोटर
• 4 x ऊपर/नीचे गिट्टी
• 2 एक्स साइड गिट्टी

इलेक्ट्रॉनिक्स:(उत्पादों के लिंक जल्द ही)

अरुडिनो नैनो ($8-10)

कनेक्टर तार (<$0.2)

इलेक्ट्रॉनिक गति नियंत्रक ($8-10)

ब्रशलेस डीसी मोटर 12 वी ($ 15-25)

पोटेंशियोमीटर ($0.1)

ली-पो रिचार्जेबल बैटरी ($15-25)

चरण 6: भागों की छपाई:

सभी भाग यहां जीथब से उपलब्ध हैं: यहां से भी उपलब्ध है:

3 डी मुद्रित भागों: 1 एक्स स्पिंडल स्क्रू

1 एक्स रोटर नट

1 एक्स ढक्कन नट

1 एक्स मुख्य ढक्कन

4 एक्स रोटर बॉडी

1 एक्स फिक्स्ड एंगल रोटर

4 x ऊपर/नीचे गिट्टी

2 एक्स साइड गिट्टी

Cura से सामान्य ड्राफ्ट सेटिंग्स, या चयनित स्लाइसर सॉफ़्टवेयर में समान, सभी बॉडी और गिट्टी भागों की छपाई के लिए एक अच्छा दिशानिर्देश है।

चरण 7: विधानसभा: पहला कदम

• निम्नलिखित भागों को विधानसभा के लिए तैयार करें जैसा कि दिखाया गया है:

  • अपकेंद्रित्र आधार
  • घटक आवरण
  • 4 एक्स रोटर बॉडी
• सभी भागों को एक साथ अच्छी तरह से फिट होना चाहिए और उपयुक्त चिपकने के साथ सुरक्षित होना चाहिए

चरण 8: विधानसभा: इलेक्ट्रॉनिक घटक

परीक्षण के लिए निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक घटक तैयार करें:

• डीसी मोटर और ईसीएस
• बैटरी
• अरुडिनो नैनो
• ब्रेड बोर्ड
• तनाव नापने का यंत्र
• जम्पर तार

Arduino के लिए कोडिंग और निर्देश यहां देखे जा सकते हैं:

howtomechatronics.com/author/howtom12_wp/ द्वारा लेख

टेस्ट मोटर सुचारू रूप से चल रही है और पोटेंशियोमीटर के प्रति उत्तरदायी है। यदि ऐसा है, तो इलेक्ट्रॉनिक्स को आवरण में स्थापित करें और परीक्षण करें कि मोटर सुचारू रूप से चलती है और थोड़ा कंपन के साथ।

सटीक प्लेसमेंट की तस्वीरें जल्द ही जोड़ दी जाएंगी।

चरण 9: असेंबली: रोटर और स्पिनर स्क्रू संलग्न करना

रोटर, रोलर्स, स्पिनर और स्पिनर नट इकट्ठा करें।

सुनिश्चित करें कि सभी भागों में एक अच्छा फिट है। अगर फिट बहुत टाइट है तो सैंडिंग मदद कर सकती है।

सुनिश्चित करें कि रोटर के पास एक सुगम पथ है और अत्यधिक स्किप या डगमगाने नहीं देता है। यदि आवश्यक हो तो स्थिरता में सहायता के लिए एक फ्लैट डिश मुद्रित किया जा सकता है, या ऐक्रेलिक से काटा जा सकता है।

एक बार भागों में सैंडिंग और फिटिंग हो जाने के बाद, मोटर स्पिंडल में स्पिनर स्क्रू संलग्न करें और रोटर को नट के साथ सुरक्षित करें जैसा कि दिखाया गया है।

रोटर को नमूनों को उतारने और लोड करने के लिए, या रोटर प्रकार बदलने के लिए हटाया जा सकता है।

चरण 10: विधानसभा: गिट्टी और ढक्कन

शीर्ष और साइड गिट्टी कंटेनरों को इकट्ठा करें, ये समर्थन, भार और कंपन को कम करने के रूप में कार्य करेंगे।

भागों को एक साथ स्लॉट करना चाहिए और भरे जाने पर जगह पर रहना चाहिए। यदि आवश्यक हो, तो भागों को सुपर गोंद या इसी तरह के चिपकने के साथ सुरक्षित किया जा सकता है।

रोटर के ऊपर मुख्य ढक्कन सुरक्षित रूप से फिट होना चाहिए जब शीर्ष रोटर नट के साथ बांधा जाए।

चित्र में दिखाए अनुसार भागों को फिट होना चाहिए।

चरण 11: निष्कर्ष

दूरस्थ स्थान स्वास्थ्य कर्मियों को महत्वपूर्ण चिकित्सा, और नैदानिक उपकरणों और भागों को प्राप्त करने और बनाए रखने से जुड़े आर्थिक और रसद बाधाओं की चुनौती का सामना करना पड़ता है। सेंट्रीफ्यूज और पंप सिस्टम जैसे बुनियादी उपकरणों तक पहुंच की कमी से घातक प्रतीक्षा समय और गलत निदान हो सकता है।

यह डिज़ाइन यह दिखाने में वांछित परिणाम प्राप्त करता है कि डेस्कटॉप निर्माण तकनीकों और बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक घटकों का उपयोग करके एक ओपन-सोर्स मेडिकल डिवाइस (एक माइक्रोसेंट्रीफ्यूज) बनाना संभव है। इसे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मशीनों की लागत के दसवें हिस्से पर उत्पादित किया जा सकता है, और आर्थिक बाधाओं को कम करते हुए, अन्य उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले पुर्जों के लिए आसानी से मरम्मत या जुदा किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉनिक घटक सबसे सामान्य रक्त नमूनों को संसाधित करने के लिए आवश्यक समय के लिए निरंतर विश्वसनीय शक्ति प्रदान करते हैं, कम बुनियादी ढांचे वाले क्षेत्रों में हाथ से संचालित, या आउटलेट इकाइयों की तुलना में बेहतर निदान प्रदान करते हैं। इस डिजाइन की व्यवहार्यता में विभिन्न उपकरणों जैसे कि पेरिस्टाल्टिक पंपों को चलाने के लिए घटकों के एक मुख्य सेट का उपयोग करके, या इस डिजाइन, माइक्रोसेंट्रीफ्यूज के रूप में, चिकित्सा उपकरणों के एक मॉड्यूलर ओपन-सोर्स प्लेटफॉर्म के विकास में भविष्य की क्षमता है। ओपन सोर्स फाइलों की एक लाइब्रेरी की स्थापना के साथ, एक एफडीएम प्रिंटर तक पहुंच का उपयोग कई भागों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है, अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक डिजाइन में बहुत कम ज्ञान के साथ। यह बुनियादी घटकों की शिपिंग, समय और जीवन की बचत से जुड़ी लॉजिस्टिक समस्याओं को समाप्त करेगा।