חמישה שיקולים קריטיים בתכנון מחסניות מיקרו-פלואידיות

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


בדיקת נוזלים למחסנית מיקרו-נוזלית

מתפתח מיקרו-נוזלי מכשירים יכולים להיות משימה מרתיעה, שלא כמו פיתוח מכשירים אחרים לאבחון רפואי או במבחנה. פיתוח נובע בדרך כלל מהצורך למזער ולבצע אוטומציה של מבחנים קיימים ליישומים מיקרוביולוגיים כמו ELISA, PCR, זרימת ציטומטריה וכו '. בלוג זה מכסה שיקולים מרכזיים שמצאנו מגדילים את סיכויי ההצלחה בשלבים המוקדמים של פיתוח מחסניות מיקרו-פלואידיות.

שיקולים אלה מהווים את התשתית לחשיבה כמו מפתח מחסניות מיקרו-פלואידיות. הם כוללים דרישות תכנון, פיתוח קונספט, תהליך הרכבה, תכנון מפורט ובדיקות איכות של מחסניות מיקרו-פלואידיות.

להלן חמישה שיקולים קריטיים בתכנון ובניית מחסניות מיקרו-פלואידיות.

  1. דרישות עיצוב

סקירת הבדיקה היא מכרעת להצלחת תכנון המחסניות והטמעתן.

פיתוח מבחני דורש הבנה טובה של ריאגנטים המשמשים ותכונותיהם, כגון: צמיגות, תאימות כימית ונפח נדרש. חשוב גם לדעת כיצד מכניסים את הריאגנטים במחסנית. לדוגמא, האם הם נטענים מראש במחסנית או שבמקום זאת תשתמש באריזת שלפוחית? סוג האריזה ישפיע על אחסון המגיב, יעילותו ואינטראקציות עם ריאגנטים אחרים. בחלק ממכשירי המיקרו-נוזלים, עדיפים ריאגנטים מיובשים להקפיא על מנת להימנע מטיפול בנוזל הנוטה לסבך את העיצוב.

המאפיינים הנוזליים של המגיב יכולים לקבוע כיצד הנוזל מועבר במאגר ובערוצים. מומלץ ליצור רשימה מפורטת של תכונות ותהליכים המעורבים בפרוטוקול assay, למשל: מספר ריאגנטים בפרוטוקול, נפחים, מאפייני נוזלים, תנודתיות, תאימות חומרים, תאימות ביולוגית והרכב (כלומר, חרוזים, תאים).

יש לזהות שיטות הפעלה גם מהדרישות. אלה יכולים לכלול לחץ חיובי, ואקום, משאבות אלקטרוסטטיות, אולטרסאונד, נימים או נוזלים כגון דיאפרגמה, בוכנה, פילם או אפילו משאבות פריסטלטיות.

תזמון ההפעלה ושיעורי הזרימה הם סט דרישות חשוב נוסף. בהתחשב בכך שתהליך המיקרו-נוזלי הוא הגרסה הממוזערת של זרימת העבודה במעבדה, יש חשיבות מכרעת לתזמון נכון של כל תהליך בנפח קבוע מראש. חלק מהבדיקות כוללות תזמון פרוטוקול assay יעד לכל פעולת יחידה כגון: הצגת המדגם, ערבוב, מדידה, דגירה, סינון מקדים, הפרדה, מיון, כריכה וכביסה המלצנו לרשום את כל פעולות היחידה עם ריאגנטים, נפחים, תהליכים, תזמון, שיעורי זרימה ופרמטרים ספציפיים אחרים המתאימים.

הכללת שיקולים אלה בדרישות התכנון תנחה את המהנדסים בפיתוח תפיסת מחסניות המיישמת את פרוטוקול הבדיקה ביעילות תוך יכולת ייצור ועלות.

  1. הֵמשָׂגָה

עם דרישות ברורות, ניתן לנסח רעיון עיצובי ראשוני. אם התכנון דורש רכיבי מדף (OTS), יש לבדוק מפרט של חלקי OTS כאלה, תוך התחשבות בתאימותם עם חומרי מחסניות וכדאיות שילוב במחסנית. רכיבי OTS כוללים משאבות, שסתומים, פילטרים, צינורות, יציאות, ממשקים וכדומה. קח מספר אפשרויות OTS ובדוק יתרונות וחסרונות כולל אם להשתמש ב- OTS או לבנות את הרכיב כחלק מהמחסנית. ברוב המקרים, רכיבי OTS מניעים את המידות הכלליות ואת הביצועים של המחסנית. היזהר מאוד באינטגרציה זו.

מרכיבים מרכזיים אחרים בתכנון ראשוני של מחסניות הם פעולות היחידה שיש לבצע בתוך המחסנית. אלה כוללים כניסה ויציאת דוגמאות, אחסון ריאגנטים, ערבוב, מדידה, סינון חומרים, זיהוי אנליטים ועוד. כניסה ויציאה לדוגמא חשובים מאוד לעיצוב ממשק המשתמש. הקדמה ואיסוף המדגם מכתיבים את ההיבט "שימושיות וגורם אנושי" בטיפול במחסנית. רופאים ימצאו קושי לשימוש במחסניות שתוכננו בצורה גרועה או שבמקרים מסוימים אף מהווים סכנה.

ארבעה אלמנטים מאתגרים בתכנון המחסניות.

  • ערבוב ריאגנטים במחסנית מיקרו-נוזלית הוא פעולה יחידה סטנדרטית. זה כולל ערבוב דגימות ביולוגיות עם ריאגנטים אחרים (כלומר, פירוק, תיוג, חידוש, דילול ושילוב). ערבוב בתוך המחסנית יכול להיעשות במספר דרכים: על ידי טלטול, ערבוב מגנטי, שימוש במערבולת, הפעלת לחץ אקוסטי, העברת חומרים או טכניקות ערבוב אחרות המיושמות במחסנית עצמה.
  • מדידה לדוגמא. זו אחת התכונות הקשות ביותר ליישום במחסנית. מכיוון שתעלות מיקרו-נוזלים מטפלות בנוזל בנפחי תת-מיקרוליטר, יש חשיבות עליונה לדיוק במדידת נוזלים. במבחנים הדורשים מדידה מדויקת, מדידה היא אתגר עצום. מדידה מסווגת בדרך כלל כפסיבית או פעילה. מדידה פסיבית משתמשת בנפחי ערוץ ומאגר קבועים מראש בכדי להפיץ כמויות ריאגנטים רצויות. מדידה פעילה משתמשת בחיישנים לניטור פעיל של הנפחים שהופקו.
  • בחירת חומרים. מספר פולימרים של מחסניות מועמדים נבדקו מבחינת יכולת עיבוד, תאימות ביולוגית, יכולת ייצור ועלות. יש לקחת בחשבון גם תכונות פולימריות, כמו ביצועי טמפרטורה, מליטה, יציבות ומאפיינים אופטיים. הבחירה תלויה בעיקר בתאימות ביולוגית של כימיה. יכולת הייצור תניע גם את יכולת התשואה והעלות הכוללת של המוצר הסופי.
  • זיהוי אנליטים. זה הכרחי במיוחד עבור מכשירים נקודתיים וציוד על שולחן העבודה. בחלק מהעיצובים ניתן לשלב עדשות אופטיות במחסנית כדי להקל על אוספי הדמיה או חשמל.
  1. תהליך הרכבה

ישנם ארבעה אלמנטים בעיצוב וקביעת תהליך ההרכבה.

זרימת עבודה של הרכבה. במהלך הרעיון של עיצוב המחסנית ואחריה, חשוב לבחון כיצד תורכב המחסנית. בייצור בנפח נמוך זה עשוי לכלול שיטות כגון חיתוך בלייזר, הבלטות וכרסום מיקרו של שכבות שניתן להרכיב בעזרת דבקים או טכניקות מליטה אחרות. חשוב להבין את מגבלות ההרכבה מוקדם על מנת לייעל את תהליך ההרכבה. כמה צעדים במכלול המחסניות הם: ייצור חלקים, ניקוי ושילוב רכיבי OTS, ערימה ובדיקת בקרת איכות.

ג'יג'ים וגופי הרכבה. ג'יג'ים ומתקני הרכבה הם שיקולים קריטיים במהלך המשגה ועיצוב מפורט של המחסנית. הם תלויים בסובלנות ממדית של השכבות הבודדות ומשפיעים ישירות על ערימת הסובלנות של תצורות מחסניות רב שכבתיות. בהתחשב במגבלות אלה בשלב מוקדם, ניתן הזדמנות לבצע "מצב כשל בתהליך וניתוח אפקטים (PFMEA לייצור המחסנית ומסייע במניעת מלכודות בנושא הרכבה באבות טיפוס מוקדמים. בדרך כלל פירוש הדבר לפשט את תכנון המחסנית ולהשתמש בערוצים גדולים יותר. אם הדבר אפשרי. זה דורש הבנה טובה של דרישות העיצוב והיעדים של אב הטיפוס.

בדיקת בקרת איכות. יש ליישם בדיקות בקרת איכות תמיד על עיצוב המחסנית על מנת להבטיח אמינות וחוזר על הביצועים. זה כולל דברים כמו בדיקת מידות בסבילות מוגדרות, כמו גם בדיקות דעיכת לחץ ובדיקות נוזליות לבדיקת הפונקציונליות של המחסנית.

הפעלת משפט לאסיפה. הפעלת פיילוט של זרימת העבודה של ההרכבה מספקת אפשרות לניפוי באגים ולפתרון מלכודות פוטנציאליות בתהליך ההרכבה לקראת ייצור יחידות. זה גם מספק הזדמנות לבצע שינויים המגבירים את יעילות ההרכבה.

  1. תכנון מפורט

במהלך תכנון מפורט של המחסנית, על המעצב להיות מודע מאוד לתהליך הייצור שיש להשתמש בו, להתנסות ולחזור על התהליך על מנת לקבוע מערכת כללים שיכולה להבטיח את איכות תהליך הייצור.

ניתן לבצע טיפוס מהיר יותר של איטרציות על עיצוב מחסניות בתהליך יעיל. ניתן להשתמש במבחני נוזליים על שולחן העבודה כדי להעריך ביצועים של היבטים עיצוביים שונים. לאחר מכן ניתן לבצע משוב לבדיקות חקר ראשוניות כדי לייעל את עיצוב המחסניות. גישה זו משתמשת באסטרטגיה "נכשלת במהירות" כדי ליצור פרמטרים תכנוניים מפורטים על סמך נתוני בדיקה אמפיריים.

  1. בדיקת איכות ובדיקות

מחסניות מיקרו-פלואידיות הן בדרך כלל לשימוש חד פעמי. קביעת יעדי בקרת איכות טובים בשלב מוקדם של אבות הטיפוס מסייעת להבטיח אמינות וחוזר על עצמם בבניית אב-טיפוס המגדילים את התשואה בייצור. חמש דרכים לפקח על חששות איכות הקשורים לעיצוב מחסניות הן:

  • בדיקת איכות תכונה מפורטת. בדיקה מפורטת של תכונות מחסניות כגון גודל, גימור פני השטח, ניקיון ושילוב רכיבי OTS. ניתן להשתמש בבדיקה ראשונית זו כדי לבדוק תכונות קריטיות לבדיקת בקרת איכות במהלך ייצור המחסניות.
  • מצב הרכבה פוטנציאלית של הרכבה ורכיבים. טפל בניתוח מצב כשל בהרכבה בשלב מוקדם של אבות טיפוס המחסניות כדי להבטיח הצלחה בהרכבת המחסניות. כמה אתגרים שנתקלים בהם במהלך ההרכבה כוללים כיוון חלקים לא נכון, בעיות דליפה עקב הצמדות ושילוב לא תקין של רכיבי OTS.
  • חלקים קריטיים בדיקת עיניים ופרופיל ערוץ. מממצאי בדיקה מפורטים ומפרט תכנון, יש לקבוע ולבדוק תכונות קריטיות כחלק מתהליך בקרת האיכות. יש לבדוק פרופילי ערוץ גם באמצעות פרופילומטר כדי להבטיח שחספוס פני השטח ועומק הערוץ נמצאים במפרט שכן הם משפיעים על פרמטרי זרימת הנוזל במחסנית.
  • בדיקת ריקבון לחץ. ניתן להשתמש בבדיקת ריקבון לחץ להגדרת אמת מידה לאיטום מוצלח של מחסנית המיקרו-נוזלים. זה נעשה על ידי לחץ על המחסנית ברמה שנקבעה מראש ושימוש בקצב הדעיכה שנצפה כאינדיקטור לאיטום מחסניות יעיל.
  • זרימת נוזל…



קישור לכתבת המקור – 2021-07-05 21:11:58

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר