Aquí presentamos un protocolo para construir una bomba de jeringa de presión controlada para ser utilizado en aplicaciones de microfluídica. Esta bomba de la jeringuilla se hace de un cuerpo aditiva fabricado estándar hardware y electrónica de código abierto. El sistema resultante es bajo costo, fácil de construir y suministra fluido bien regulado para permitir investigación de microfluidos rápido.
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Artículo de método
Tridimensional de la impresión de materiales termoplásticos para crear automatizado de bombas de la jeringuilla con retroalimentación de Control para aplicaciones de microfluídica
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En este artículo
Resumen
Resumen
Microfluídica se ha convertido en una herramienta crítica en la investigación a través de la biológica, química y ciencias físicas. Un componente importante de experimentación de microfluidos es un líquido estable sistema capaz de proporcionar con exactitud una entrada de caudal o presión de entrada. Aquí, hemos desarrollado un sistema de bomba de jeringa capaz de controlar y regular la presión del fluido de entrada entregada a un dispositivo de microfluidos. Este sistema fue diseñado usando materiales de bajo costo y los principios de la fabricación aditiva, aprovechar la impresión tridimensional (3D) de materiales termoplásticos y componentes estándares siempre que sea posible. Este sistema se compone de tres componentes principales: un microcontrolador programable, una bomba de la jeringuilla y un transductor de presión. Dentro de este documento, se detalla un conjunto de protocolos para la fabricación, montaje y programación de este sistema de bomba de jeringa. Además, hemos incluido resultados representativos que demuestran alta fidelidad, control de retroalimentación de presión de entrada utilizando este sistema. Esperamos que este protocolo permitirá a los investigadores a fabricar sistemas de bomba de jeringa de bajo costo, bajar la barrera de entrada para el uso de la microfluídica en biomédica, química y la investigación de materiales.
Introducción
Herramientas de microfluidos se han convertido en útiles para los científicos en la investigación biológica y química. Debido a la utilización de bajo volumen, medición rápida y perfiles de flujo bien definidas, microfluídica ha ganado tracción en genómica y proteómica investigación, proyección de alto rendimiento, diagnóstico médico, la nanotecnología y unicelular Análisis1,2,3,4. Además, la flexibilidad de diseño del dispositivo de microfluidos fácilmente permite la investigación en ciencias básicas, como la investigación de la dinámica es....
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Protocolo
1. 3D-impresión y montaje de la bomba de jeringa
-
Preparar e impresión 3D componentes de la bomba de la jeringa
- Descargar el. Archivos STL con el diseño de los Archivos adicionales de este documento.
Nota: Hay seis. Archivos STL, titulados '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', y ' JoVE_Syringe_Pump_Traveler_ Push.STL', en los archivos suplementarios. Estos archivos corresponden a los componentes impresos en 3D de la bomba de jeringa. - Preparar est....
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Resultados
Aquí, presentamos un protocolo para la construcción de una jeringa de control de retroalimentación sistema de bomba y demostrar su uso potencial para aplicaciones de microfluídica. La figura 1 muestra el sistema conectado de la bomba de la jeringuilla, sensor de presión, dispositivo de microfluidos, microcontrolador, circuito del sensor de presión y controlador de motor paso a paso. Llamadas detalladas para el montaje de la bomba de jeringa se muestran en la .......
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Discusión
Aquí, presentamos un nuevo diseño para un sistema de bomba de jeringa con control de presión de circuito cerrado. Esto se logró mediante la integración de una bomba de jeringa impresa en 3D con un sensor de presión piezorresistivo y un microcontrolador open source. Mediante el empleo de un controlador PID, pudimos para precisamente controlar la presión de entrada y proporcionar rápidos tiempos de respuesta manteniendo al mismo tiempo la estabilidad de un punto de ajuste.
Muchos experimentos us.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores reconocen el apoyo de la oficina de investigación Naval de premios N00014-17-12306 y N00014-15-1-2502, así como de la oficina de investigación científica de la fuerza aérea Premio FA9550-13-1-0108 y la ciencia nacional Fundación Grant no. 1709238.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Arduino IDE | Arduino.org | software de control Arduino Uno R3 | |
| Conector de cabecera, 2 posiciones | Digi-Key | WM4000-ND | |
| , 3 posiciones | Digi-Key | WM4001-ND | |
| , 4 posiciones | Digi-Key | WM4002-ND | |
| calibre 22, negro | Digi-Key | 1528-1752-ND | |
| Cable de conexión, calibre 22, azul | Digi-Key | 1528-1757-ND | |
| Cable de conexión, calibre 22, rojo | Digi-Key | 1528-1750-ND | |
| Cable de conexión, calibre 22, blanco | Digi-Key | 1528-1768-ND | |
| Cable de conexión, calibre 22, amarillo | Digi-Key | 1528-1751-ND | |
| Amplificador de instrumentación | Texas Instruments | INA122P | |
| Microcontrolador, Arduino Uno R3 | Arduino.org | A000066 | |
| Mini Breadboard | Fuente | B01IMS0II0 | |
| Sensor | BK Precision | 1550 | |
| PendoTech | PRESS-S-000 | ||
| Conectores rectangulares, carcasas | Digi-Key | WM2802-ND | |
| rectangular Conectores, | Digi-Key | WM2565CT-ND | |
| , 10k ohm | Resistencias Digi-Key | 1135-1174-1-ND | |
| , 330 ohmios | Digi-Key | 330ADCT-ND | |
| , EasyDriver | Digi-Key | 1568-1108-ND | |
| Cable USB 2.0, A-Macho a B-Macho | Amazon | PC045 | |
| Material impreso en 3D, Z-ABS | Zortrax | Hay una variedad de colores disponibles | |
| Impresora 3D | Zortrax | M200 | Impresión de los componentes de la bomba de jeringa |
| Rodamiento de bolas, 17x6x6mm | Amazon | B008X18NWK | |
| Tornillos de máquina hexagonales, M3x16mm | Tornillos | ||
| , M3x35mm | |||
| , M3 0.5 | |||
| , M5 | Torno B012T3C8YQ | ||
| Rodamiento de bolas lineal | |||
| Tuerca de seguridad de acero | |||
| Jeringa, 10 ml, Luer-Lok Tip | BD | 309604 | |
| Varilla roscada | Amazon | B01MA5XREY | |
| 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane | Módulo | FisherScientific AAL1660609 | |
| Raspberry Pi Foundation | V2 | ||
| Horno compacto | FisherScientific | PR305220G | Baking Mezcla de prepolímeros PDMS y el dispositivo |
| Aguja dispensadora, calibre 22 | McMaster-Carr | 75165A682 | |
| Aguja dispensadora, calibre 23 | McMaster-Carr | 75165A684 | |
| Fisherbrand Premium Cover Glasses | FisherScientific | 12-548-5C | |
| Placa de Petri de Cultura de Vidrio, 130x25mm | American Educational Products | 7-1500-5 | |
| Limpiador | de plasmaHarrick Plasma | PDC-32G | Encuadernación de la cubierta de vidrio con el dispositivo PDMS |
| Hojas de afeitar | FisherScientific | 7071A141 | |
| Scotch Magic Tape | Amazon | B00RB1YAL6 | |
| Ordenador de placa | única Base de maquillaje Raspberry Pi Raspberry | Pi 2 modelo B | |
| Espátula inteligente | FisherScientific | EW-06265-12 | |
| Sylgard 184 Kit de elastómero de silicona | FisherScientific | NC9644388 | |
| Filtros de jeringa | Thermo Scientific | 7252520 | |
| Tygon Tubing | ColeParmer | EW-06419-01 | |
| Desecador de vacío | FisherScientific | 08-594-15C | Desgasificación de la mezcla de prepolímero PDMS y recubrimiento de fluorosilano en el molde maestro |
| Platos de pesaje | FisherScientific | S67090A |
Referencias
- 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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Reimpresiones y permisos
