인쇄를 만드는 열가 소성 재료의 3 차원 미세 응용 프로그램에 대 한 피드백 제어와 주사기 펌프를 자동

이 방법은 분자, 세포 및 시스템 생물학, 화학 공학 및 미세 가공을 포함하여 정밀 액체 취급이 필요한 모든 분야의 연구를 가능하게 하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 접근 방식의 주요 장점은 저비용 압력 조절식 주사기 펌프를 제작할 수 있다는 것입니다. 이 기술은 다양한 분야에서 비용을 절감해야 합니다.

이 기술은 적층 제조를 오픈 소스 전자 장치와 결합하여 유용한 실험실 기기를 만드는 방법을 보여줍니다. 시작하려면 이 출판물의 추가 파일에서 STL 설계 파일을 다운로드합니다. STL 모델 파일을 사용 중인 3D 프린터에 대한 실행 가능한 명령어 세트로 변환하는 전용 소프트웨어 패키지에서 이러한 파일을 열어 인쇄를 준비합니다.

일부 프린터에는 독점 소프트웨어가 필요한 반면 다른 프린터는 STL 파일에서 직접 인쇄할 수 있으므로 적절한 소프트웨어를 사용하고 있는지 확인하십시오. 이제 고품질 3D 프린터 설정으로 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌을 사용하여 플라스틱 부품을 인쇄합니다. 폴리락트산 또는 기타 열가소성 엘라스토머와 같은 다른 일반적인 3D 프린팅 재료를 사용하는 경우 완성된 기계적 특성이 비슷한지 확인하십시오.

완료되면 3D 프린터의 인쇄 플랫폼에서 인쇄된 부품을 분리합니다. 완성된 부품에서 인쇄된 지지 구조를 제거합니다. 사포를 사용하여 거친 가장자리를 샌딩하여 인쇄된 구성 요소를 매끄럽게 만듭니다.

최상의 결과를 얻으려면 입자 크기가 220 미만인 사포를 사용하십시오. 조립하기 전에 모든 구성 요소가 매끄러운지 확인하고 7개 부품이 모두 인쇄되었는지 확인하십시오. 고정 나사가 있는 모터 샤프트 z축 플렉시블 커플러를 사용하여 스테퍼 모터를 나사산 로드에 고정합니다.

계속하기 전에 스테퍼 모터 샤프트를 회전시키면 나사산 로드가 미끄러지지 않고 구동되는지 확인하십시오. 주사기 플랫폼의 연결 페그를 모터 커넥터 상단의 결합 구멍에 단단히 눌러 주사기 플랫폼을 모터 커넥터에 연결합니다. 모터 커넥터를 통해 4개의 16mm 나사를 조여 두 부품을 부착합니다.

이제 두 개의 선형 볼 베어링과 0.8mm 육각 너트를 트래블러 푸시 바닥에 있는 구멍에 삽입합니다. 트래블러 푸시의 0.8mm 육각 너트를 통해 모터 커넥터의 나사산 로드를 정렬합니다. 그런 다음 모터 커넥터의 트래블러 푸시를 통해 두 개의 선형 샤프트를 삽입합니다.

이제 모터 커넥터 피스의 육각 공간에 두 개의 육각 너트를 배치한 다음 두 개의 16mm 나사를 사용하여 선형 샤프트가 움직이지 않도록 고정하는 연결부를 조입니다. 볼 베어링을 엔드 스톱의 중간 구멍에 삽입합니다. 엔드 스톱을 조립된 구성 요소와 연결합니다.

엔드 스톱 피스의 육각 공간에 두 개의 육각 너트를 놓고 두 개의 16mm 나사를 사용하여 연결부를 조여 엔드 스톱을 어셈블리에 부착합니다. 다음으로, 두 개의 강철 잠금 너트와 두 개의 16mm 나사를 사용하여 주사기 플런저 암 커넥터 조각을 트래블러 푸시 조각에 부착합니다. 펌프 상단에 10ml 주사기를 놓습니다.

플런저의 헤드가 주사기 플런저 암 커넥터 부분의 노치에 정렬되어 있고 주사기 배럴의 상단이 모터 커넥터의 슬롯에 고정되어 있는지 확인합니다. 이제 주사기 플런저 수 커넥터 조각을 주사기 플런저 암 커넥터에 삽입합니다. 주사기 cl을 연결합니다.amp 2개의 육각 너트와 2개의 35mm 나사를 사용하여 주사기 cl을 주사기 플랫폼에 연결합니다.amp 주사기 배럴이 주사기 cl의 슬롯에 고정되도록 합니다.

플런저를 제자리에 고정하는 수형 구성 요소와 암형 구성 요소가 단단히 맞는지 확인하십시오. 텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 대로 미세유체 장치 준비를 진행합니다. 주사기 펌프 시스템 조립을 시작하려면 면도기를 사용하여 압력 센서의 전기 케이블에서 와이어 절연 및 차폐 길이의 80%를 제거합니다.

와이어가 원하는 길이 이상으로 손상되지 않도록 절단할 때 부드럽게 주의하십시오. 절연체와 차폐가 제거되면 전선을 수 직사각형 커넥터에 연결합니다. 유사한 접근 방식을 사용하여 스테퍼 모터의 리드에서 1-2cm의 와이어 절연을 제거하고 와이어를 수 직사각형 커넥터에 연결합니다.

이제 주사기를 압력 센서의 입구 쪽에 부착합니다. 22게이지 디스펜싱 바늘을 압력 센서의 출구 쪽에 연결합니다. 직경 0.51cm 튜브의 한쪽 끝을 압력 센서에 부착된 22게이지 디스펜싱 바늘 위로 밉니다.

튜브의 다른 쪽 끝을 미세유체 장치에 연결할 수 있는 22게이지 디스펜싱 바늘 위로 밉니다. 그런 다음 바늘을 미세 유체 장치의 입구 포트에 연결합니다. 입구 포트의 연결과 유사한 22게이지 바늘과 0.51cm 직경의 튜브를 사용하여 미세유체 장치의 출구 포트를 폐기물 처리 저장소에 연결합니다.

다음으로, 텍스트 프로토콜의 다이어그램에 따라 프로토타이핑 브레드보드에 전자 회로를 조립합니다. 스테퍼 모터의 전선을 스테퍼 모터 드라이버와 연결합니다. 그런 다음 압력 센서와 스테퍼 모터 드라이버의 전선을 브레드 기판에 연결합니다.

이제 브레드 기판의 출력 신호를 마이크로 컨트롤러의 아날로그 입력 핀에 연결합니다. 스테퍼 모터 드라이버의 로직 입력 핀을 마이크로컨트롤러의 디지털 핀에 연결합니다. 스테퍼 모터 드라이버의 스텝 입력은 물결표 기호로 표시된 마이크로 컨트롤러의 디지털 핀의 펄스 폭 변조 포트에 연결됩니다.

텍스트와 같이 전원 공급 장치를 브레드보드에 연결합니다. 그런 다음 브레드 기판 및 스테퍼 모터 구동기에 대한 전원 공급 장치를 10V로 설정합니다. 주사기 압력 펌프를 제어하려면 먼저 오픈 소스 마이크로 컨트롤러용 통합 개발 환경 또는 IDE를 엽니다.

Timer. h 및 ExcelStepper. h 라이브러리를 마이크로 컨트롤러의 IDE 라이브러리 디렉터리에 다운로드합니다.

Dual Pump PID Control.INO라는 컨트롤러 코드를 다운로드합니다. 이 코드는 두 개의 펌프로 피드백 제어 주사기 펌프 시스템을 제어하는 데 사용됩니다. 수행 중인 실험에 맞도록 컨트롤러 코드를 프로그래밍합니다.

실험의 원하는 반응과 기간에 맞게 타이밍 파라미터에 대한 제어 파라미터를 수정합니다. 실험을 실행하기 전에 코드를 컴파일하고 마이크로 컨트롤러에 업로드합니다. 주사기 펌프 시스템의 전원 공급 장치를 켭니다.

마지막으로 스테퍼 모터 전원 공급 장치의 전압을 10볼트로 설정합니다. 여기에 표시된 것은 제어 매개변수를 조정할 수 있는 방법을 보여주는 대표적인 결과입니다. 여기에 표시된 대로 비례 계수를 수정하면 압력 신호에 대한 다른 응답 프로파일이 생성됩니다.

적분 계수와 미분 계수를 수정하면 반응 프로파일도 변경됩니다. 매개변수는 다양한 실험 설계에 맞게 최적화될 수 있습니다. 여기에 표시된 것은 microfluidic 장치에서 층류 프로파일의 제어 및 변조를 보여주는 대표적인 결과입니다.

Y자형 미세유체 장치의 두 입구 포트에서 입구 압력을 제어함으로써 인터페이스 위치를 다운스트림으로 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이 절차에 따라 합성 유전자 네트워크 조절 역학, 세포 생리학 및 생물학적 조절 네트워크와 관련된 질문에 답하기 위해 세포 배양 및 현미경 검사와 같은 다른 기술을 수행할 수 있습니다. 이러한 주사기 펌프 시스템은 우리 실험실 그룹 내에서 미세유체 절차를 보다 신속하게 개발할 수 있게 해주었습니다.

이러한 장치는 그룹이 다양한 미세유체 장치를 통한 흐름을 제어할 수 있는 저렴하고 시간 효율적인 방법입니다. 우리는 다양한 분야의 연구자들이 미세유체 요구 사항에 맞게 이러한 압력 조절식 주사기 펌프를 사용하고 확장할 수 있기를 바랍니다.