Aqui nós apresentamos um protocolo para construir uma bomba de seringa pressão controlada para ser usado em aplicações de microfluidic. Esta bomba de seringa é feita de um corpo aditivamente manufacturado, prateleira hardware e eletrônica de código-fonte aberto. O sistema resultante é simples de construir, de baixo custo e proporciona o fluxo de fluido bem regulado para habilitar a pesquisa rápida microfluidic.
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Artigo de método
Tridimensional de impressão de materiais termoplásticos para criar automatizado bombas de seringa com controle de gabarito para aplicações microfluídicos
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
Microfluídica tornou-se uma ferramenta fundamental na pesquisa através da biológica, química e ciências físicas. Um importante componente de experimentação microfluídicos é um fluido estável sistema capaz de fornecer com precisão uma taxa de fluxo de entrada ou a pressão de entrada de manipulação. Aqui, nós desenvolvemos um sistema de bomba de seringa, capaz de controlar e regular a pressão do fluido de entrada entregues a um dispositivo microfluidic. Este sistema foi projetado usando materiais de baixo custo e princípios de fabricação aditiva, alavancando tridimensional (3D) impressão de materiais termoplásticos e componentes prontos para uso sempre que possível. Este sistema é composto de três componentes principais: uma bomba de seringa, um transdutor de pressão e um microcontrolador programável. Dentro deste papel, detalhamos um conjunto de protocolos para fabricação, montagem e programação deste sistema de bomba de seringa. Além disso, incluímos resultados representativos que demonstram alta-fidelidade, controle de gabarito da pressão de entrada usando este sistema. Esperamos que este protocolo permitirá que pesquisadores fabricar sistemas de bomba de seringa de baixo custo, reduzindo a barreira de entrada para o uso de microfluídica em biomédicas, químicas e pesquisa de materiais.
Introdução
Microfluidic ferramentas tornaram-se úteis para os cientistas em pesquisas biológicas e químicas. Devido a utilização de baixo volume, capacidades de medição rápida e perfis de fluxo bem definido, microfluídica ganhou tração em genomic e proteomic pesquisa, seleção da elevado-produção, diagnóstico médico, nanotecnologia e unicelulares análise1,2,3,4. Além disso, a flexibilidade do projeto de dispositivo microfluidic prontamente permite pesquisa de ciência básica, como investigar a spatiotemporal dinâmica do culto de colônias bacterianas
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Protocolo
1. 3D-impressão e montagem de bomba de seringa
-
Preparar e 3D-imprimir a seringa da bomba componentes
- Baixar o. Arquivos de projeto STL dos Arquivos complementares deste papel.
Nota: Há seis anos. Arquivos STL, intitulados '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', e ' JoVE_Syringe_Pump_Traveler_ Push.STL', nos arquivos suplementares. Esses arquivos correspondem aos componentes 3D-impresso da bomba de seringa. - Prepare-se, abrindo-os em um pacote de so....
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Resultados
Aqui, apresentamos um protocolo para a construção de uma seringa de gabarito-controlado sistema de bomba e demonstrar seus usos potenciais para aplicações microfluidic. A Figura 1 mostra o sistema conectado da bomba de seringa, sensor de pressão, dispositivo microfluidic, microcontrolador, circuito do sensor de pressão e excitador do motor deslizante. Textos explicativos detalhados para o conjunto de bomba de seringa são mostrados na Figu.......
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Discussão
Aqui, apresentamos um novo design para um sistema de bomba de seringa com controle de pressão do circuito fechado. Isso foi realizado através da integração de uma bomba de seringa 3D-impresso com um sensor de pressão piezoresistivos e um microcontrolador de código-fonte aberto. Utilizando um controlador PID, conseguimos precisamente controlar a pressão de entrada e fornecer tempos de resposta rápidos, mantendo simultaneamente a estabilidade sobre um ponto de ajuste.
Muitos experimentos usando .......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Os autores reconhecem o apoio do escritório de pesquisa Naval N00014-17-12306 e N00014-15-1-2502, assim como do escritório de pesquisa científica da força aérea prêmio FA9550-13-1-0108 e a nacional Science Foundation Grant no. 1709238.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| de controle Arduino IDE | Arduino.org | Arduino Uno R3 | |
| , conector | Digi-Key | WM4000-ND | |
| Digi-Key | WM4001-ND | 3 posições | |
| , fio | Digi-Key | WM4002-ND | |
| , calibre 22, preto | Digi-Key | 1528-1752-ND | |
| Fio de Conexão, 22 Gauge, Azul | Digi-Key | 1528-1757-ND | |
| Fio de Conexão, 22 Gauge, Vermelho | Digi-Key | 1528-1750-ND | |
| Fio de Conexão, 22 Gauge, Branco | Digi-Key | 1528-1768-ND | |
| Fio de Conexão, 22 Gauge, Amarelo | Digi-Key | 1528-1751-ND | |
| Amplificador de Instrumentação | Texas Instruments | INA122P | |
| Microcontrolador, Arduino Uno R3 | Arduino.org | A000066 | |
| Mini Placa de Ensaio | Amazon | B01IMS0II0 | |
| Fonte de Alimentação | BK Precision | 1550 | |
| Sensor de Pressão | PendoTech | PRESS-S-000 | |
| Conectores Retangulares, Caixas | Digi-Key | WM2802-ND | |
| Retangular Conectores, Resistores Macho | Digi-Key | WM2565CT-ND | |
| , 10k Ohm | Resistores Digi-Key | 1135-1174-1-ND | |
| , 330 Ohm | Digi-Key | 330ADCT-ND | |
| Driver de Motor de Passo, EasyDriver | Digi-Key | 1568-1108-ND | |
| Cabo USB 2.0, A-Macho para B-Macho | Amazon | PC045 | |
| Material Impresso em 3D, Z-ABS | Zortrax | Uma variedade de cores estão disponíveis | |
| Impressora 3D | Zortrax | M200 | Imprimindo os componentes da bomba de seringa |
| Rolamento de esferas, 17x6x6mm | hexagonais | Amazon B008X18NWK | |
| M3x16mm | Parafusos | de Máquina Hexagonais Amazon B00W97MTII | |
| , M3x35mm | Porca | Hexagonal Amazon B00W97N2UW | |
| , M3 0.5 | Porca | Hexagonal Amazon B012U6PKMO | |
| , M5 | Torno B012T3C8YQ | ||
| Haste Redonda | Amazon | B00AUB73HW | |
| Rolamento de Esferas Linear | Amazon | B01IDKG1WO | |
| Acoplador Flexível | Linear Amazon | B010MZ8SQU | |
| Porca de Travamento de Aço, M3 0.5 | Motor | de Passo Amazon B000NBKLOQ | |
| , NEMA-17, 1.8o/passo | Digi-Key | 1568-1105-ND | |
| Seringa, 10mL, Ponta Luer-Lok | BD | 309604 | |
| Haste Rosqueada | Amazon | B01MA5XREY | |
| 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctiltriclorosilano | FisherScientific | AAL1660609 | |
| Módulo | de Câmera Raspberry Pi Foundation | V2 | |
| Compact Oven | FisherScientific | PR305220G | Baking Mistura de pré-polímero PDMS e o dispositivo |
| Agulha de Dispensação, Agulha | McMaster-Carr | 75165A682 | |
| McMaster-Carr | 75165A684 | 23 Gauge | |
| FisherScientific | 12-548-5C | Placa | |
| Petri para Cultura de Vidro, 130x25mm | American Educational Products | 7-1500-5 | |
| Limpador de Plasma | Harrick Plasma | PDC-32G | Ligando a lamínula com o dispositivo PDMS |
| Lâminas de barbear | FisherScientific | 7071A141 | |
| Scotch Magic Tape | Amazon | B00RB1YAL6 | |
| Computador de placa única | Raspberry Pi Foundation | Raspberry Pi 2 modelo B | |
| Espátula Inteligente | FisherScientific | EW-06265-12 | |
| Sylgard 184 Kit de Elastômero de Silicone | FisherScientific | NC9644388 | |
| Filtros de Seringa | Thermo Scientific | 7252520 | |
| Tygon Tubing | ColeParmer | EW-06419-01 | |
| Dessecador a vácuo | FisherScientific | 08-594-15C | Desgaseificação PDMS mistura de pré-polímero e revestimento de fluorosilano no molde mestre |
| Pratos de pesagem | FisherScientific | S67090A |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
