Name: En trois dimensions d’impression de matériaux thermoplastiques pour créer automatisé pompes à seringue avec commande de rétroaction pour des Applications de microfluidique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-30T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 8 s
Description: Apprenez à construire une pompe à seringue à commande de pression pour applications microfluidiques en utilisant l'impression 3D et l'électronique open-source. Cette méthode offre une solution peu coûteuse et précise pour le manutentionnement liquide.

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Les auteurs reconnaissent le soutien de l’Office of Naval Research awards 12306-17-N00014 et N00014-15-1-2502, ainsi que de l’Air Force Office of Scientific Research award FA9550-13-1-0108 et la National Science Foundation Grant no 1709238.

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Ici, nous avons présenté un nouveau design pour un système de pompe seringue avec controle de pression de la boucle fermée. Cela a été accompli en intégrant une pompe à seringue imprimés 3D avec un capteur de pression piézorésistif et un microcontrôleur open source. En utilisant un régulateur PID, nous avons pu précisément contrôler la pression d’admission et fournir des temps de réponse rapides tout en maintenant simultanément la stabilité sur un point de consigne.
De nombreuses expériences à...

Outils de microfluidique sont devenus utiles pour les scientifiques dans la recherche biologique et chimique. En raison de l’utilisation de faible volume, les capacités de mesure rapide et profils d’écoulement bien définis, la microfluidique a gagné traction en génomique et protéomique recherche, criblage à haut débit, diagnostic médical, nanotechnologie et unicellulaires analyse1,2,3,4. En outre, la flexibilité de la conception du dispositif microfluidique permet aisément des recherches scientifiques fondamentales, telles que l’enquête sur la dynamique spatio-temporelle des colonies bactériennes cultivées5.
Plusieurs types de systèmes d’injection de fluide ont été développés pour soutenir avec précision la circulation Dispositifs microfluidiques. Exemples de tels systèmes d’injection péristaltique et pompes de recirculation6, contrôleur de pression systèmes7et seringue pompes8. Ces systèmes d’injection, y compris les pompes à seringue, sont souvent constituées de composants coûteux précision machinée. Augmenter ces systèmes avec asservissement en boucle fermée de la pression dans le flux de sortie augmente le coût de ces systèmes. En réponse, nous avons précédemment développé un système de pompe seringue robuste et peu coûteux qui utilise l’asservissement à boucle fermée pour réguler la pression en sortie. En utilisant le contrôle de la pression du circuit fermé, le besoin de composants de haute précision chers est abrogée9.
La combinaison de matériel d’impression 3D abordable et une croissance importante dans les logiciels open source associés réalise la conception et la fabrication des dispositifs microfluidiques plus accessibles aux chercheurs de diverses disciplines,10. Cependant, les systèmes utilisés pour fluide en voiture par le biais de ces dispositifs restent chers. Pour répondre à cette nécessité d’un système de contrôle des fluides peu coûteux, nous avons développé un design qui peut être fabriqué par des chercheurs dans le laboratoire, qui exige seulement un petit nombre d’étapes de l’assemblage. Malgré son assemblage simple et peu coûteux, ce système peut fournir le contrôle de flux précis et offre une alternative aux systèmes de pompe seringue disponible dans le commerce, circuit fermé, qui peut être prohibitif.
Ici, nous fournissons des protocoles pour la construction et l’utilisation de la boucle fermée contrôlée seringue système de pompe, nous avons développé (Figure 1). Le liquide de système de gestion se compose d’une pompe à seringue physique inspirée par une précédente étude11, un microcontrôleur et un capteur de pression piézorésistif. Lors de l’assemblé et programmé avec un contrôleur de proportionnel-intégral-dérivé (PID), le système est capable de délivrer un débit bien réglementé et par la pression de dispositifs microfluidiques. Ceci fournit une alternative souple et peu coûteuse au coût élevé des produits commerciaux, permettant à un plus large groupe de chercheurs d’utiliser microfluidics dans leur travail.

<table><tbody><tr><td>Logiciel de contrôle Arduino IDE</td><td>Arduino.org</td><td></td><td>Arduino Uno R3</td></tr><tr><td>Connecteur d’en-tête, 2 positions Connecteur</td> d’en-tête <td>Digi-Key</td><td>WM4000-ND</td><td></td></tr><tr><td>, 3 positions Connecteur</td> d’en-tête <td>Digi-Key</td><td>WM4001-ND</td><td></td></tr><tr><td>, 4 positions</td><td>Digi-Key</td><td>WM4002-ND</td><td></td></tr><tr><td>Fil de raccordement, calibre 22, noir</td><td>Digi-Key</td><td>1528-1752-ND</td><td></td></tr><tr><td>Fil de raccordement, calibre 22, bleu</td> Fil de raccordement <td>Digi-Key</td><td>1528-1757-ND</td><td></td></tr>, <tr><td>calibre 22, rouge</td> Fil de raccordement <td>Digi-Key</td><td>1528-1750-ND</td><td></td></tr><tr><td>, calibre 22, blanc</td><td>Digi-Key</td><td>1528-1768-ND</td><td></td></tr><tr><td>Fil de raccordement, calibre 22, jaune</td><td>Amplificateur d’instrumentation Digi-Key</td><td>1528-1751-ND</td><td></td></tr> Texas <tr><td></td><td>Instruments</td><td>INA122P</td><td></td></tr><tr><td>Microcontrôleur, Arduino Uno R3</td><td></td><td>Arduino.org A000066 Mini</td><td></td></tr><tr><td>Breadboard</td><td>Alimentation Amazon</td><td>B01IMS0II0</td><td></td></tr><tr><td></td><td>BK Precision</td><td>1550</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de pression</td><td>PendoTech</td><td>PRESS-S-000</td><td></td></tr><tr><td>Rectangulaire Connecteurs, Boîtiers</td><td>Digi-Key</td><td>WM2802-ND</td><td></td></tr><tr><td>Rectangulaire Connecteurs, Résistances mâles</td><td>Digi-Key</td><td>WM2565CT-ND</td><td></td></tr><tr><td>, 10k Ohm&nbsp ;</td><td>Résistances Digi-Key</td><td>1135-1174-1-ND</td><td></td></tr><tr><td>, 330 Ohm&nbsp ;</td>Pilote de moteur pas à pas <td>Digi-Key</td><td>330ADCT-ND</td><td></td></tr><tr><td>, EasyDriver</td> Câble USB 2.0 <td>Digi-Key</td><td>1568-1108-ND</td><td></td></tr><tr><td>, A-mâle vers B-mâle</td><td>Amazon</td><td>PC045</td><td></td></tr><tr><td>Matériau imprimé en 3D, Z-ABS&nbsp ;</td><td>Zortrax</td><td></td><td>Une variété de couleurs est disponible</td></tr><tr><td>Imprimante 3D</td><td>Zortrax</td><td>M200</td><td>Impression des composants de la pompe à seringue</td></tr><tr><td>Roulement à billes, 17x6x6mm</td><td>Amazon</td><td>B008X18NWK</td><td></td></tr><tr><td>Vis mécaniques hexagonales, M3x16mm&nbsp ;</td><td>Amazon</td><td>B00W97MTII</td><td></td></tr><tr><td>Vis à métaux hexagonales, M3x35mm&nbsp ;</td><td>Amazon</td><td>B00W97N2UW</td><td></td></tr><tr><td>Écrou hexagonal, M3 0,5&nbsp ;</td><td>Écrou</td> hexagonal <td>Amazon B012U6PKMO</td><td></td></tr><tr><td>, M5&nbsp ;</td>Tour <td>Amazon</td><td>B012T3C8YQ</td><td></td></tr><tr><td>Tige ronde</td><td>Roulement</td><td></td> à billes linéaire Amazon B00AUB73HW <td></td></tr><tr><td>Coupleur flexible</td><td></td><td></td> linéaire Amazon B01IDKG1WO Contre-écrou en acier B010MZ8SQU<td></td></tr><tr><td>, M3 0.5</td><td></td><td></td> Moteur pas à pas Amazon B000NBKLOQ<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td>, NEMA-17, 1.8o/pas Digi-Key 1568-1105-ND <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Seringue, 10mL, Luer-Lok Tip</td><td>BD</td><td>309604</td><td></td></tr><tr><td>Tige filetée</td><td>Amazon</td><td>B01MA5XREY</td><td></td></tr><tr><td>1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane</td><td>FisherScientific</td><td>AAL1660609</td><td></td></tr><tr><td>Module de caméra</td><td>Raspberry Pi Foundation</td><td>V2</td><td></td></tr><tr><td>Four compact</td><td>FisherScientific</td><td>PR305220G</td><td>Baking Mélange de pré-polymère PDMS et l’appareil</td></tr><tr><td>Aiguille de distribution,</td> Aiguille de distribution <td>McMaster-Carr</td><td>75165A682</td><td></td>de calibre</tr><tr><td>22, Calibre 23</td><td>McMaster-Carr</td><td>75165A684</td><td></td></tr><tr><td>Fisherbrand Premium Cover Glasses</td><td>FisherScientific</td><td>12-548-5C</td><td></td></tr><tr><td>Boîte de Petri de culture en verre, 130x25mm</td><td>American Educational Products</td><td>7-1500-5</td><td></td></tr><tr><td>Nettoyeur</td> <td>de plasmaHarrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Liaison de la vitre de protection avec le dispositif PDMS</td></tr><tr><td>Razor Blades</td><td>FisherScientific</td><td>7071A141&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Scotch Magic Tape</td><td>Amazon</td><td>B00RB1YAL6</td><td></td></tr><tr><td>Ordinateur monocarte</td><td>Raspberry Pi Foundation</td><td>Raspberry Pi 2 modèle B</td><td></td></tr><tr><td>Spatule intelligente</td><td>FisherScientific</td><td>EW-06265-12</td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184 Kit d’élastomère de silicone</td><td>FisherScientific</td><td>NC9644388</td><td></td></tr><tr><td>Filtres à seringue</td><td>Thermo Scientific</td><td>7252520</td><td></td></tr><tr><td>Tygon Tubing</td><td>ColeParmer&nbsp ;</td><td>EW-06419-01</td><td></td></tr><tr><td>Dessiccateur sous vide</td><td>FisherScientific</td><td>08-594-15C</td><td>Dégazage du mélange de prépolymère PDMS et revêtement fluorosilane sur le moule maître</td></tr><tr><td>Plateaux de pesée</td><td>FisherScientific</td><td>S67090A</td><td></td></tr></tbody></table>

en trois dimensions d’impression de matériaux thermoplastiques pour créer automatisé pompes à seringue avec commande de rétroaction pour des applications de microfluidique

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

La microfluidique est devenu un outil essentiel dans la recherche biologique, chimique, et en sciences physiques. Un élément important de l’expérimentation de la microfluidique est un fluide stable système capable de fournir avec précision un débit d’aspiration ou la pression à l’entrée de manutention. Ici, nous avons développé un système de pompe seringue capable de contrôler et de réguler la pression d’admission du fluide livré à un dispositif microfluidique. Ce système a été conçu à l’aide de matériaux peu coûteux et les principes de fabrication additive, exploitant en trois dimensions (3D) impression de matériaux thermoplastiques et composants sur étagère, lorsque cela est possible. Ce système est composé de trois éléments principaux : un pousse-seringue, un capteur de pression et un microcontrôleur programmable. Dans cet article, nous détaillons un ensemble de protocoles de fabrication, montage et programmation de ce système de pompe à seringue. En outre, nous avons inclus les résultats représentatifs qui démontrent la haute-fidélité, régulation de pression d’admission à l’aide de ce système. Nous attendons ce protocole permettra aux chercheurs fabriquer des systèmes de pompe seringue de faible coût, en abaissant la barrière à l’entrée pour l’utilisation de la microfluidique en biomédical, chimique et la recherche sur les matériaux.

Nous présentons ici un protocole pour la construction d’une seringue de rétroaction contrôlée par système de pompe et de démontrer ses utilisations potentielles pour les applications de la microfluidique. La figure 1 illustre le système connecté des pousse-seringue, capteur de pression, dispositif microfluidique, microcontrôleur, circuit de capteur de pression et conducteur de moteur pas à pas. Des légendes détaillées pour l’ensemble de pompe seringue sont in...

Nous présentons ici un protocole visant à construire une pompe à seringue sous pression contrôlée pour être utilisé dans les applications de la microfluidique. Ce pousse-seringue est issu d’un corps additivement manufacturés et matériel sur étagère électronique open source. Le système est peu coûteux et simples à générer et délivre le fluide bien réglementé pour activer la recherche rapide microfluidiques.

En trois dimensions d’impression de matériaux thermoplastiques pour créer automatisé pompes à seringue avec commande de rétroaction pour des Applications de microfluidique

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...

Cette méthode peut aider à la recherche dans n’importe quel domaine nécessitant une manipulation précise des liquides, y compris la biologie moléculaire, cellulaire et des systèmes, le génie chimique et la microfabrication. Le principal avantage de cette approche est que nous sommes en mesure de fabriquer des pousse-seringues à pression régulée à faible coût. Cette technique devrait permettre d’économiser de l’argent dans un large éventail de disciplines.Cette technique montre comment nous pouvons coupler la fabrication additive avec l’électronique open source pour créer une pièce utile d’instrumentation de laboratoire. Pour commencer, téléchargez les fichiers de conception STL à partir des fichiers supplémentaires de cette publication. Préparez ces fichiers pour l’impression en les ouvrant dans un progiciel dédié à la conversion des fichiers de modèles STL en jeux d’instructions exécutables pour l’imprimante 3D utilisée.Assurez-vous d’utiliser le logiciel approprié, car certaines imprimantes nécessitent un logiciel propriétaire, tandis que d’autres peuvent être en mesure d’imprimer directement à partir du fichier STL. Imprimez maintenant les composants en plastique à l’aide d’acry

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