Desarrollo de un prototipo intercambiador de sustancias líquidas basado en técnicas de compresión para procesos de cultivo celular
La gestión de líquidos en entornos de laboratorio es un proceso realizado diariamente que implementa diferentes técnicas y equipos según la tarea a llevar al cabo, En sus inicios, los métodos implementados carecían de precisión. Sin embargo, con el transcurso del tiempo, las prácticas clínicas han e...
- Autores:
-
Rincon Lopez, Deiby Jesus
Velandia Álvarez, Ervin Jean Pierre
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/27335
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/27335
- Palabra clave:
- Biomedical engineering
Engineering
Bioengineering
Medical instruments and apparatus
Clinical engineering
Flow control
Biomaterials
Prototype development
Cell culture
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Simulation methods
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Ingeniería biomédica
Bioingeniería
Desarrollo de prototipos
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La gestión de líquidos en entornos de laboratorio es un proceso realizado diariamente que implementa diferentes técnicas y equipos según la tarea a llevar al cabo, En sus inicios, los métodos implementados carecían de precisión. Sin embargo, con el transcurso del tiempo, las prácticas clínicas han evolucionado y han surgido nuevas tecnologías más confiables y eficientes. Estas innovaciones han proporcionado soluciones más versátiles y viables para el manejo de diversas sustancias líquidas en entornos de laboratorio. El presente proyecto se centra en el desarrollo de un prototipo intercambiador de sustancias líquidas basado en técnicas de compresión para procesos de cultivo celular. Su alcance está determinado por los siguientes requisitos de operación: Visualización y modificación de parámetros a modo de interfaz gráfica de usuario, control ajustable de cantidades de volumen y tiempo. El funcionamiento del prototipo consta de una interfaz práctica para el usuario. A través de esta interfaz, el usuario introduce los parámetros mencionados anteriormente. Una vez que se establecen los parámetros, el mecanismo ajusta automáticamente las revoluciones por segundo de un motor paso a paso con el fin de alcanzar la aceleración necesaria para transferir el volumen especificado en el tiempo deseado. Además, el prototipo cuenta con un sensor de flujo que proporciona información en tiempo real sobre el caudal que se está transfiriendo. Nuestro prototipo se posiciona como una solución más precisa y versátil para la transferencia de sustancias líquidas en procesos como el cultivo celular. Asimismo, la interfaz de usuario en la pantalla Nextion facilita la visualización y ajuste de los parámetros de operación, que aumenta la versatilidad del prototipo lo convierte en un recurso más accesible y versátil para el personal de laboratorio. |
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Sin embargo, con el transcurso del tiempo, las prácticas clínicas han evolucionado y han surgido nuevas tecnologías más confiables y eficientes. Estas innovaciones han proporcionado soluciones más versátiles y viables para el manejo de diversas sustancias líquidas en entornos de laboratorio. El presente proyecto se centra en el desarrollo de un prototipo intercambiador de sustancias líquidas basado en técnicas de compresión para procesos de cultivo celular. Su alcance está determinado por los siguientes requisitos de operación: Visualización y modificación de parámetros a modo de interfaz gráfica de usuario, control ajustable de cantidades de volumen y tiempo. El funcionamiento del prototipo consta de una interfaz práctica para el usuario. A través de esta interfaz, el usuario introduce los parámetros mencionados anteriormente. Una vez que se establecen los parámetros, el mecanismo ajusta automáticamente las revoluciones por segundo de un motor paso a paso con el fin de alcanzar la aceleración necesaria para transferir el volumen especificado en el tiempo deseado. Además, el prototipo cuenta con un sensor de flujo que proporciona información en tiempo real sobre el caudal que se está transfiriendo. Nuestro prototipo se posiciona como una solución más precisa y versátil para la transferencia de sustancias líquidas en procesos como el cultivo celular. Asimismo, la interfaz de usuario en la pantalla Nextion facilita la visualización y ajuste de los parámetros de operación, que aumenta la versatilidad del prototipo lo convierte en un recurso más accesible y versátil para el personal de laboratorio.CAPÍTULO 1..................................................................................................................................................................................8 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN...........................................................................................................................................8 1.1 DESCRIPCIÓN................................................................................................................................. 8 1.3 PREGUNTA PROBLEMA..........................................................................................................................................................10 1.5 LIMITACIONES Y DELIMITACIONES................................................................................................................11 1.5.1 LIMITACIONES DEACUERDO AL DISEÑO:.........................................................................................................................................11 CAPÍTULO 2...............................................................................................................................................................................12 MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE ..........................................................................................................................12 2.1 MARCO TEÓRICO....................................................................................................................................................................................12 2.2 ESTADO DEL ARTE .................................................................................................................................................................................22 CAPÍTULO 3...............................................................................................................................................................................26 METODOLOGÍA........................................................................................................................................................................26 CAPÍTULO 4...............................................................................................................................................................................34 RESULTADOS Y ANÁLISIS.....................................................................................................................................................35 4.4 DISEÑO DEL ESQUEMÁTICO DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO...............................................................................................................53 CAPÍTULO 5...............................................................................................................................................................................54 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..........................................................................................................................55 5.1 CONCLUSIONES.......................................................................................................................................................................................55 5.2 RECOMENDACIONES..............................................................................................................................................................................56 • PARA UN USO CON UN FLUJO MENOR AL VALOR ESTABLECIDO, SE RECOMIENDA ADQUIRIR Y ADAPTAR UN SENSOR DE FLUJO QUE SEA CAPAZ DE DETECTAR CAUDALES INFERIORES A 0.9 ML/S...........................................................................................56 TABLA 1. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN EN VOLUMEN Y TIEMPO.....................61 TABLA 2. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN EN VOLUMEN Y TIEMPO.....................62 TABLA 3. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN EN VOLUMEN Y TIEMPO.....................63 TABLA 4. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN DE CAUDAL Y VOLUMEN ....................64 TABLA 5. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN DE CAUDAL Y VOLUMEN ....................64 TABLA 6. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN DE CAUDAL Y TIEMPO ........................65 TABLA 7. TABLA DE PRUEBAS DEL PROTOTIPO CON VARIACIÓN DE CAUDAL Y TIEMPO ........................66 TABLA 8. PRUEBAS REALIZADAS CON LA INTERFAZ 2 ...........................................................................................70 TABLA 9. PRUEBAS REALIZADAS CON LA INTERFAZ 2 ...........................................................................................70 ANEXO 1. DECLARACIÓN DE OBJETOS Y VARIABLES ..........................................................................................67 ANEXO 2. FUNCIÓN ASOCIADA AL INICIO Y CAMBIO DE DIRECCIÓN DEL MOTOR. ..................................67 ANEXO 3. FUNCIÓN CONFIGURACIÓN INICIAL Y FUNCIÓN DE BUCLE PRINCIPAL....................................68 ANEXO 4. PLANO DE MEDIDAS CARA POSTERIOR DE LA CARCASA...............................................................68 ANEXO 5. PLANO DE MEDIDAS CARA FRONTAL DE LA CARCASA FUENTE: PROPIA................................69 ANEXO 6. PLANO DE MEDIDAS CARA SUPERIOR DE LA CARCASA FUENTE: PROPIA ..............................70 ANEXO 7. PLANO DE MEDIDAS TAPA LATERAL DE LA CARCASA FUENTE: PROPIA. ...............................71 ANEXO 8. PLANO DE MEDIDAS CARA LATERAL 2 DE LA CARCASA................................................................71 ANEXO 9. PLANO DE MEDIDAS CARA INFERIOR DE LA CARCASA...................................................................72PregradoFluid management in laboratory environments is a daily process that implements different techniques and equipment according to the task at hand. In its early stages, the methods employed lacked precision. However, over time, clinical practices have evolved, and more reliable and efficient technologies have emerged. These innovations have provided more versatile and viable solutions for handling various liquid substances in laboratory settings. The present project focuses on the development of a liquid substance exchange prototype based on compression techniques for cell culture processes. Its scope is determined by the following operational requirements: visualization and modification of parameters through a user-friendly graphical interface, adjustable control of volume and time quantities. The operation of the prototype consists of a practical interface for the user. Through this interface, the user enters the parameters mentioned earlier. Once the parameters are set, the mechanism automatically adjusts the revolutions per second of a stepper motor to achieve the necessary acceleration to transfer the specified volume in the desired time. Additionally, the prototype features a flow sensor that provides real-time information about the flow rate being transferred. Our prototype positions itself as a more accurate and versatile solution for the transfer of liquid substances in processes such as cell culture. Furthermore, the user interface on the Nextion screen facilitates the visualization and adjustment of operating parameters, increasing the versatility of the prototype and making it a more accessible and versatile resource for laboratory personnel.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de un prototipo intercambiador de sustancias líquidas basado en técnicas de compresión para procesos de cultivo celularDevelopment of a prototype liquid substance exchanger based on compression techniques for cell culture processesIngeniero BiomédicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería BiomédicaIBM-1788info:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPBiomedical engineeringEngineeringBioengineeringMedical instruments and apparatusClinical engineeringFlow controlBiomaterialsPrototype developmentCell cultureFluid dynamicsSimulation methodsBiomaterialesIngeniería biomédicaBioingenieríaDesarrollo de prototiposCultivo de célulasDinámica de fluidosMétodos de simulaciónIngeniería clínicaElectrónica médicaInstrumentos y aparatos médicosControl de flujo1. Allen, E. (1881). Instrument for transfusion of blood. U.S. Patent 249,285, Nov 8, 1881.2. AMP. (2020). Syringe Pump Operating Manual. AMP All. Recuperado de https://www.gimaitaly.com/DocumentiGIMA/Manuali/EN/M35205EN.pdf.3. Ansorge, M., & Pompe, T. (2018). Systems for Localized Release to Mimic Paracrine Cell Communication in vitro. Journal of Controlled Release, 30.4. Behrens, M. R., Fuller, H. C., Swist, E. R., Wu, J., Islam, M. M., Long, Z., … Steward, R. (2020). Open-source, 3D-printed Peristaltic Pumps for Small Volume Point-of-Care Liquid Handling.5. Ching, T., Vasudevan, J., Tan, H. Y., Lim, C. T., Fernandez, J., Toh, Y.-C., & Hashimoto, M. (2021). Highly-customizable 3D-printed peristaltic pump kit6. Gibco. (2020). Perfusion overview. Waltham, Massachusetts, United States: ThermoFisher Scientific7. Goh, S.-K., Bertera, S., Vaidya, V., Dumpe, S., Barner, S., Mathew, S., & Banerjee, I. (2018). 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