Hier präsentieren wir ein Protokoll, um eine druckgeregelte Spritzenpumpe in mikrofluidischen Anwendungen verwendet werden zu konstruieren. Diese Spritzenpumpe besteht aus ein Additiv hergestellte Körper Standardhardware und OpenSource-Elektronik. Das resultierende System ist preiswert, einfach zu bauen, und liefert gut regulierte Flüssigkeitsströmung um schnelle mikrofluidischen Forschung zu ermöglichen.
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Methodenartikel
Dreidimensionaler Druck von thermoplastischen Materialien erstellen automatisiert Spritzenpumpen mit Feedback-Kontrolle für mikrofluidische Anwendungen
* These authors contributed equally
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Mikrofluidik ist ein wichtiges Werkzeug in der Forschung über die biologischen, chemischen und physikalischen Wissenschaften geworden. Ein wichtiger Bestandteil von mikrofluidischen experimentieren ist ein stabiler Fluid handling-System in der Lage genau ein Einlass Durchfluss oder Eingangsdruck. Hier haben wir eine Spritze Pumpensystem in der Lage, Steuerung und Regelung der Eingangsdruck Flüssigkeit zu einem mikrofluidischen Gerät geliefert. Dieses System wurde mit preiswerten Materialien und additive Fertigungsprinzipien, dreidimensionale (3D) Druck von thermoplastischen Materialien und Komponenten möglichst Nutzung konstruiert. Dieses System besteht aus drei Hauptkomponenten: eine Spritzenpumpe, einen Drucksensor und einen programmierbaren Mikrocontroller. In diesem Papier zeigen wir eine Reihe von Protokollen für die Herstellung, Montage und Programmierung dieser Spritze Pumpensystem. Darüber hinaus haben wir repräsentative Ergebnisse enthalten, die High-Fidelity-Feedback-Kontrolle der Eingangsdruck mit diesem System zeigen. Wir erwarten dieses Protokoll ermöglicht es Forschern, kostengünstige Spritzensysteme Pumpe, fabrizieren, senken die Zugangsschranken für die Nutzung der Mikrofluidik in Biomedizin, Chemie und Materialforschung.
Einleitung
Mikrofluidische Werkzeuge nützlich für Wissenschaftler in der biologischen und chemischen Forschung geworden. Aufgrund der geringen Auslastung, schnelle Messmöglichkeiten und klar definierte Strömung Profile, Mikrofluidik hat gewonnen Traktion in genomic und Proteomic Forschung, High Throughput Screening, medizinische Diagnostik, Nanotechnologie und einzellige Analyse1,2,3,4. Darüber hinaus ermöglicht die Flexibilität von mikrofluidischen Gerätedesign leicht grundlegende Wissenschaftsforschung, z. B. untersucht die räumlich-zeitliche Dynamik....
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Protokoll
1. 3D-Druck und Montage der Spritzenpumpe
-
Vorbereiten und 3D-Print die Spritze Pumpenteile
- Download der. STL-Design-Dateien aus den Ergänzenden Dateien dieses Papiers.
Hinweis: Es gibt sechs. STL-Dateien, mit dem Titel 'JoVE_Syringe_Clamp_10mL_Size.stl', 'JoVE_Syringe_Platform.stl', 'JoVE_Syringe_Plunger_Connectors.stl', 'JoVE_Syringe_Pump_End_Stop.stl', 'JoVE_Syringe_Pump_Motor_Connector.stl', und ' JoVE_Syringe_Pump_Traveler_ Push.STL ", in der zusätzliche Dateien. Diese Dateien entsprechen den 3D-gedruckten Komponenten der Spritzenpumpe. - Bereiten Sie diese Dateien für den Druck, i....
- Download der. STL-Design-Dateien aus den Ergänzenden Dateien dieses Papiers.
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Ergebnisse
Hier präsentieren wir ein Protokoll für den Bau einer Feedback-gesteuerten Spritze pump System und seine Einsatzmöglichkeiten für mikrofluidische Anwendungen zu demonstrieren. Abbildung 1 zeigt das angeschlossene System Spritzenpumpe, Drucksensor, mikrofluidischen Gerät, Mikrocontroller, Druck-Sensor-Schaltung und Schrittmotor-Treiber. Detaillierte Beschreibungen für die Spritze Pumpe Montage sind in Abbildung 2 dargestellt und d.......
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Diskussion
Hier haben wir ein neues Design für eine Spritze Pumpensystem mit geschlossenen Druckregelung vorgestellt. Dies wurde erreicht durch die Integration einer 3D-gedruckten Spritzenpumpe mit einem piezoresistiven Drucksensor und ein Open-Source-Mikrocontroller. Durch den Einsatz eines PID-Reglers, waren wir in der Lage, präzise Kontrolle der Eingangsdruck und bieten schnelle Reaktionszeiten bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Stabilität über einem festgelegten Punkt.
Viele Experimente mit mik.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Danksagungen
Die Autoren erkennen Unterstützung durch das Office of Naval Research awards N00014-17-12306 und N00014-15-1-2502, sowie von der Air Force Office of Scientific Research award, FA9550-13-1-0108 und der National Science Foundation Grant Nr. 1709238.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Arduino IDE | Arduino.org | Arduino Uno R3 Steuerungssoftware | |
| Header Connector, 2 Positionen | Digi-Key | WM4000-ND | |
| Header Connector, 3 Positionen | Digi-Key | WM4001-ND | |
| Header Connector, 4 Positionen | Digi-Key | WM4002-ND | |
| Anschlusskabel, 22 Gauge, Schwarz | Digi-Key | 1528-1752-ND | |
| Anschlusskabel, 22 Gauge, Blau | Digi-Key | 1528-1757-ND | |
| Anschlusskabel, 22 Gauge, Rot | Digi-Key | 1528-1750-ND | |
| Anschlusskabel, 22 Gauge, Weiß | Digi-Key | 1528-1768-ND | |
| Anschlusskabel, 22 Gauge, Gelb | Digi-Key | 1528-1751-ND | |
| Instrumentenverstärker | Texas Instruments | INA122P | |
| Mikrocontroller, Arduino Uno R3 | Arduino.org | A000066 | |
| Mini Breadboard | Amazon | B01IMS0II0 | |
| Netzteil | BK Precision | 1550 | |
| Drucksensor | PendoTech | PRESS-S-000 | |
| Rechteck Steckverbinder, Gehäuse | Digi-Key | WM2802-ND | |
| Rechteckig Steckverbinder, | Digi-Key- | WM2565CT-ND-Widerstände | |
| , 10k Ohm | Digi-Key | 1135-1174-1-ND | |
| Widerstände, 330 Ohm | Digi-Key | 330ADCT-ND | |
| Schrittmotortreiber, EasyDriver | Digi-Key | 1568-1108-ND | |
| USB 2.0 Kabel, A-Stecker auf B-Stecker | Amazon | PC045 | |
| 3D-gedrucktes Material, Z-ABS | Zortrax | Eine Vielzahl von Farben ist verfügbar | |
| 3D-Drucker | Zortrax | M200 | Ausdrucken der Spritzenpumpenkomponenten |
| Kugellager, 17x6x6mm | Amazon | B008X18NWK | |
| Sechskantschrauben, M3x16mm | Amazon | B00W97MTII | |
| Sechskantschrauben, M3x35mm | Amazon | B00W97N2UW | |
| Sechskantmutter, M3 0,5 | Amazon | B012U6PKMO | |
| Sechskantmutter, M5 | Amazon | B012T3C8YQ | |
| Drehmaschine Rundstange | Amazon | B00AUB73HW | |
| Linear Kugellager | Amazon | B01IDKG1WO | |
| Linear Flexible Kupplung | Amazon | B010MZ8SQU | |
| Stahl Kontermutter, M3 0,5 | Amazon | B000NBKLOQ | |
| Schrittmotor, NEMA-17, 1,8°/Schritt | Digi-Key | 1568-1105-ND | |
| Spritze, 10mL, Luer-Lok Spitze | BD | 309604 | |
| Gewindestange | Amazon | B01MA5XREY | |
| 1H,1H,2H,2H-Perfluoroctyltrichlorsilan | FisherScientific | AAL1660609 | |
| Kameramodul | Raspberry Pi Foundation | V2 | |
| Compact Oven | FisherScientific | PR305220G | Backen PDMS Prepolymermischung und das Gerät |
| Dosiernadel, 22 Gauge | McMaster-Carr | 75165A682 | |
| Dosiernadel, 23 Gauge | McMaster-Carr | 75165A684 | |
| Fisherbrand Premium Cover Gläser | FisherScientific | 12-548-5C | |
| Glaskultur Petrischale, 130x25mm | American Educational Products | 7-1500-5 | |
| Plasmareiniger | Harrick Plasma | PDC-32G | Binden des Deckglases mit dem PDMS-Gerät |
| Rasierklingen | FisherScientific | 7071A141 | |
| Scotch Magic Tape | Amazon | B00RB1YAL6 | |
| Einplatinencomputer | Raspberry Pi Foundation | Raspberry Pi 2 Modell B | |
| Smart Spatel | FisherScientific | EW-06265-12 | |
| Sylgard 184 Silikon Elastomer Kit | FisherScientific | NC9644388 | |
| Spritzenfilter | Thermo Scientific | 7252520 | |
| Tygon Tubing | ColeParmer | EW-06419-01 | |
| Vakuumexsikkator | FisherScientific | 08-594-15C | Entgasung von PDMS-Prepolymermischung und Beschichtung von Fluorsilan auf der Urform |
| Wägeschalen | FisherScientific | S67090A |
Referenzen
- Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
- Duncombe, T. A., Tentori, A. M., Herr, A. E. Microfluidics: reframing biological enquiry. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 16 (9), 554-567 (2015).
- Prakadan, S. M., Shalek, A. K., Weitz, D. A.
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Nachdrucke und Genehmigungen
