Open-source syringe pump/ja
| タイプ | |
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| 著者 | バス・ワイネン エミリー・J・ハント ジェラルド・C・アンザローネ ジョシュア・M・ピアース |
| 位置 | ミシガン州、米国 |
| 状態 | デザイン モデル化された プロトタイプ 検証済み |
| 検証者 | ほとんど |
| 年 |
| 作り方 | https://github.com/mtu-most/franklin |
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| ハードウェアライセンス | CERN-OHL-S |
| 資格認定 | OSHWA認証の取得を開始する |
本稿では、ほぼあらゆる研究室で使用可能な高品質な科学機器を開発・製造するための、新しいオープンソース手法について解説する。シリンジポンプは、無料で利用可能なオープンソースのCAD（コンピュータ支援設計）ソフトウェアを用いて設計され、オープンソースのRepRap 3Dプリンターと入手しやすい部品を用いて製造された。設計図、部品表、組み立て手順は、世界中の誰でも自由に利用できる。CADソフトウェアとRepRap 3Dプリンターの使用方法についても詳しく説明する。また、（一部オープンソースの）Raspberry Piコンピューターを無線制御デバイスとして使用する例も示す。シリンジポンプの性能評価を行い、その評価方法についても詳述する。コントローラーとウェブベースの制御インターフェースを含むシステム全体のコストは、同等の性能を持つ市販のシリンジポンプのコストの5%以下である。この設計は、試薬や医薬品の精密な投与量制御、粘性の高い3Dプリンター用材料の供給など、シリンジポンプを必要とする特定の研究活動のニーズに適合するべきである。
- リニアアクチュエータとポンプサーバーのソースコードは、こちらにあります：https://github.com/mtu-most/linear-actuator
- 独自のポンプをカスタマイズする場合は、次の場所にある MOST SCAD ライブラリ ファイルが必要です: https://github.com/mtu-most/most-scad-librariesそれらをすべてダウンロードして、ポンプのファイルと同じフォルダに配置してください。そうすれば、SCAD が正しくコンパイルされます。
- 例えばSTLファイルについては、https://www.youmagine.com/designs/syringe-pumpを参照してください。
- 参照: Lynch オープンソース シリンジ ポンプの改造- 1) モーターを動かさずにプッシャー ブロックを移動するための脱出機構、2) 簡単に取り外せるようにシリンジ クランプを開く、3) EasyDriver を使用した Arduino 制御が含まれます。
- このようなプロジェクトに取り組むことの価値を計算するには、「オープンソースハードウェア開発の価値の定量化」を参照してください。
材料と道具
注：このページでは、機械的な組み立てとソフトウェアのインストールについて説明します。論文では、当初実装されていた電子回路について説明しています。この方法は現在ではサポートされていません。現在では、RAMPSやMelzi and Franklinなどの3Dプリンターコントローラーを使用してデバイスを制御することをお勧めします。以前の方法については、このページの「ディスカッション」タブで詳しく説明しています。
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オープンソースの注射器ポンプの作り方
モーターをモーター端に、M3ワッシャー4枚とM3×20mmの六角穴付きボルト4本を使用して固定します。
2本の金属棒をモーターの端に挿入し、2個のM3ナットと2個のM3 x 10mmソケットヘッドキャップスクリューで固定します。
ねじ付きロッドをカプラーに半分まで差し込み、残りの半分をモーターに取り付けて固定します。
ハンドドリルビットまたはナイフを使ってプラスチックに穴を開け、キャリッジの両端をくり抜きます。
キャリッジのくり抜かれた両端にリニアベアリングをカチッとはめ込みます。次に、M5ナットをキャリッジ底面のナット受けに挿入します。
プランジャーホルダーのベースを、M3ナット2個とM3×10mmの六角穴付きボルト2本でキャリッジに取り付けます。
接続された分離容器。
キャリッジをねじ棒にスライドさせ、2本の金属棒がリニアベアリングにきちんと収まっていることを確認してください。
キャリッジがねじ棒の中間地点に達したら、M5ナットを2個ねじ棒にねじ込みます。
2つのベアリングをアイドラー端の円形スロットに挿入します。
次に、アイドラーエンドをロッドにスライドさせて取り付け、ねじ付きロッドの端にある2つのM5ナットで固定します。ロッドに既に付いている2つのナットをアイドラーエンドまで押し上げて固定します。
シリンジ本体を本体ホルダーに挿入し、プランジャーをプランジャーホルダーのベースにスライドさせて挿入します。
M3 x 40mmボルト4本、M3ワッシャー4枚、M3ナット4個を使用して、2つの保持部品をポンプのアイドラー側に固定します。ホルダーの上部、キャリッジに近い側にナットを2個、ホルダーの下部、アイドラー側にナットを2個取り付けます。
プランジャーホルダーのタブをプランジャーの上部に差し込み、ポンプに固定して使用中の滑りを防止してください。
コントローラー：接続と校正
これは、 Franklinを使用してデバイスを制御する方法の説明です。最新バージョンはGitHubで無料で入手できます。
（この論文では、当初実装されていた電子回路について説明しています。この方法は現在ではサポートされていません。現在は、RAMPSやMelziなどのRepRap 3DプリンターコントローラーとFranklinを使用してデバイスを制御することが推奨されています。これらのコントローラーはオンラインで購入できます。元の手順書は「ディスカッション」タブに掲載されています。）
モーターは、第1軸（通常はX軸と呼ばれる）用の端子で制御基板に接続する必要があります。Franklinで、お持ちの基板のプロファイルをロードし、プロファイルを設定してポンプをキャリブレーションしてください。
注射器を大きな目盛りより少しだけ引き抜きます。次に、少しずつ注射器を押し込み、プランジャーが目盛りに正確に合うようにします。（バックラッシュを防ぐため、この手順はすべて押し込む動作のみで行ってください。）
ホームボタンをクリックして位置を0に設定します。
別の目印に到達するまで、さらに押し進めてください（距離が長いほど良いです）。最後は、押し進めるだけで確実に移動できるように、少しずつ進めるようにしてください。
現在位置を記録してください。
報告されたミリメートル数にカップリング値を掛け、マーカー間のミリリットル数で割ります。これがこの注射器の正しいカップリング値です。
適切なカップリングを設定したら、最大速度を適切な値に調整し（高すぎるとモーターがスキップします）、プロファイルに名前を付けて保存します。また、このプロファイルをデフォルトとして設定してください。
エクスポートリンクを右クリックし、保存先をコンピュータ上のアクセスしやすい場所に保存してください。必要に応じて、このファイルを使用してプロファイルを復元できます。
インターフェースを正しく表示したい場合（もちろんそうしたいですよね）、プレーンテキストエディタでプロファイルを開き、unit_nameの設定をmmからmLに変更してください。保存して新しい設定をインポートすると、インターフェース内のすべての単位が変更されることがわかります。
ポンプは使用準備完了です。X座標を入力して手動で移動させることも、GコードをアップロードしてX座標を移動させ、あらかじめプログラムされたパターンで移動させることもできます。簡単なGコードの例を以下に示します。
最小ポンプ流量
最小ポンプ量はモーターの1ステップ分です。その量はシリンジのサイズによって異なります。ここでは、リードスクリューのピッチが0.8mmで、モーターが1回転あたり3200マイクロステップ動作するため、1ステップはプランジャーの動きで0.8mm/3200=250nmとなります。25mlシリンジの断面積は約4cm²なので、1ステップはその積、つまり0.1mm³=0.1μLとなります。
ポンプの速度に最小値はありませんが、ステップサイズに近づくと、流量は連続的ではなく、目に見える段階的な変化になります。例えば、1μL/分の流量が必要な場合、6秒ごとに1ステップずつ流量が変わります。
関連項目
- Lynchオープンソースシリンジポンプの改造- 内容：1) モーターを動かさずにプッシャーブロックを移動させるエスケープ機構、2) シリンジクランプを開放して簡単に取り外せるようにする、3) EasyDriverを使用したArduino制御
- オープンソースラボ
- 無料のオープンソースハードウェアで研究機器を構築する
- オープンソース科学
- オープンソース光学
- OSATのオープンソース3Dプリント
- オープンソースハードウェア
- シリンジポンプに関する文献レビュー
- オープンソースの3Dプリント製揺動ミキサー
- 光電子計測用の3Dプリント可能なオープンソース二軸ジンバルシステム
- Ystruder：センシングおよびモニタリング機能を備えたオープンソースの多機能押出機
- オープンソースでデジタル複製可能な実験室グレードの天秤
- 低温乾燥用オープンソース真空オーブン設計：リサイクルPETおよびバイオマスの性能評価
- オープンソースの3Dプリント製ISO 8655準拠マルチチャンネルピペット
- オープンソースの科学用ボトルローラー
- ポリマー系材料の特性を調査するためのオープンソースの冷間・熱間科学シートプレス
- オープンソースの不活性ガスグローブボックス
連携した取り組み
- 改良版オープンソース注射器ポンプ部品- ディラン・リンチ著
- オープンポンプ- 医療および研究室環境向けのより良い機器の開発を支援します
- Hackadayに掲載されたnaroomによるOpen Syringe Pump - Arduino制御
- ウィル・パトリックのMITにあるOSシリンジポンプ
- ヘドロンペースト押出機プロジェクト
- トライアルデータベースのアップロード:
- 汎用ペースト押出機
- Bricoleur 粘土押出機、オープンソース
- Eステップ/mm法- オープンソースのシリンジポンプに基づいて押出機のEステップ/mmを計算する方法。
- LVESPmm - オープンソースのシリンジポンプに基づいて、押出機のEステップ/mmを計算するためのGUI付きPythonスクリプト。
ニュース
- 科学研究がより安価に（そしてより速く）なった：デザインライブラリにより研究者が独自の注射器ポンプを印刷可能に- ミシガン工科大学ニュース
- 医師は費用を大幅に抑えて独自の医療器具を3Dプリントできる可能性がある- Gizmodo、Gizmodo India、Gizmodo Australia、USA News
- 3Dプリント製シリンジポンプは、資金難の科学者にとって最適です- マザーボード
- 3Dプリント可能な注射器ポンプ設計により、検査室のコストが削減される- 医療機器
- 3Dプリンターで製造された注射器ポンプは、科学研究のコスト削減につながる可能性がある- Gizmag
- 3Dプリンティング技術が、自作実験装置の新たな進歩につながる- Phys.org
- 3Dプリンターで自作できる実験器具- Nanowerk
- 3Dプリント製シリンジポンプは、体系的な研究のコスト削減につながる可能性がある- ワールドニュースソース
- 研究者たちはRepRapを使って独自の注射器ポンプを3Dプリントできるようになった- 3Ders
- 科学研究が、より安価に、より迅速に行えるようになった― サイエンス・コーデックス
- RepRap：オープンソースの実験機器で科学研究をより安価かつ迅速に- Science 2.0
- 3Dプリント製シリンジポンプは、従来のポンプに比べてほんのわずかなコストで済む- 3Dプリント
- 「またしても、実用的で誇張のない、現実的で具体的な3Dプリント可能なツールのリストに、素晴らしい新製品が加わりました。これらのツールは、きっと歓迎すべき変化をもたらしてくれるでしょう。今回は、科学界が3Dプリントされた注射器ポンプの恩恵を受け、大幅なコスト削減を実現できることを喜び、祝杯を挙げることができるでしょう。」
- 科学研究がより安価に、より迅速に行えるようになった- ECN
- 医師は今やわずかな費用で3Dプリンターで注射器ポンプを製作できる- Softpedia
- 3DプリンティングがDIY科学機器の新たな進歩につながる- Engineering.com
- 3Dプリンティングのおかげで医療業界は大幅にコスト削減できる可能性があるInside 3DP
- 3Dプリンター製シリンジポンプは科学研究のコスト削減に貢献する可能性を秘めている――電子工学ジャーナル
- ミシガン工科大学が3Dプリンティング実験機器の無料設計図を提供- テクノロジーセンチュリー
- 3Dプリントされた実験機器が研究予算を有効活用- ポリマーソリューションズニュースブログ、ラボマネージャー
- 新しいオープンソース設計により、実験室での作業が手頃な価格で可能になる- The Lode
- 科学はより安価に（そしてより速く）なった― 今日の医療の進歩
- オープンソースのシリンジポンプライブラリ- Replicator World
- オープンソースのシリンジポンプ- Raspberrypi.org
- オープンソースのシリンジポンプ #piday #raspberrypi @Raspberry_Pi - Adafruit
- オープンソースのシリンジポンプ- FreeIO.org
- 3Dプリンティングが医療費を削減する方法- Nation Swell
- テンプレートライブラリを使えば、研究者は独自の注射器ポンプを3Dプリントできる- InfoHighTech（フランス）
- オープン ソース ハードウェアの開発 Kosteneinsparung Medizin Revolutionieren - 3Druck (ドイツ)
- 3Dプリント製シリンジポンプ- What Next（ポーランド）
- 射出ポンプのオープンソース3Dプリントモデルライブラリが科学者の地方資金援助に役立てられる- Maker8（中国）
- 3D 打印、モデル库、注射泵、开源 - 中关村在線上办公打印网- oa.zol.com.cn (中関村オンライン (zol.com.cn) - 世界初の中国テクノロジー ポータル、中華圏で最も商業的に価値のある IT プロフェッショナル ポータル。)
- Científicos ahorran millones en equipo con simple invento - エレクトロニクス オンライン (スペイン語)
- 3Dプリントされたオープンハードウェア注射器が8億ドルの価値を生み出すことが研究で判明- 3Dプリンティング業界
- 「オープンハードウェア」の先駆者たちが低価格の実験キットを推進- ネイチャーニュース
| 著者 | ジョシュア・M・ピアース、バス・ワイネン |
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| ライセンス | CC-BY-SA-3.0 |
| 組織 | MOST、MTU |
| 引用元 | ジョシュア・M・ピアース、バス・ワイネン（2014–2025）。「オープンソースシリンジポンプ」。アペディア。 2026 年 6 月 4 日に取得。 |