3D列印一臺能萃取DNA的Arduino離心機

五月 10, 2017
Facebook
Twitter
生物科技有無窮的潛力,但前提要有可以做實驗的工具。DIYbio運動試圖讓有興趣但口袋不深的一般人,也能夠擁有高級實驗室的工具和技術。
其中一項工具就是離心機,離心機有各種形狀和尺寸以滿足各種需求。大型離心機可以準確地控制轉速(RPM)、G力和計時器,有些甚至有溫控功能。迷你離心機則僅單純地萃取DNA及快速旋轉以混合試管內的物質。
DIYbio 3D列印的迷你離心機正是專門應付單純的工作,並曾在大學實驗室中執行過實驗計畫。迷你離心機很容易製作,希望你讀完本文後,可以改良出更棒的機型,或是獲得3D列印其他高價實驗設備的靈感。
PARTS
  • 12V DC電源,2.1mm插頭
  • 母電源插座,2.1mm插孔
  • 船型開關,2支on/off針腳,21x15mm 3A/250V
  • 電位器,10k Ω,線性 B10K電位器,旋轉軸長10mm,軸直徑6mm,基部直徑18mm
  • Arduino Nano
  • 無刷馬達,12V,無人機專用,1806/2400 附有螺栓和螺帽
  • 無人機馬達的電子變速器(ESC)
  • 螺栓,22x3mm和相應的螺帽(2)
  • 螺栓,14x3mm和相應的螺帽(4)
  • 螺絲,16×3(2)
  • 跳線
TOOLS
  • 3D印表機和PLA線材
  • 夾具的旋轉工具(非必要)或強力膠

列印部件

圖片

圖A。組裝3D列印部件

前往Thingiverse下載STL檔案。由於這些部件尺寸不一,可能要分次列印──這樣可以像我一樣切換不同的顏色(圖A)。列印填充率建議設定為30%。記得柱腳要重複製作四次。

設定Arduino

圖片

圖B。點擊可看大圖

組裝離心機之前,最好先設定Arduino並完成測試。請將下列程式碼載入Arduino,依照圖B配置元件和線路,但別忘了電子變速器(ESC)和三條無人機馬達電線之間使用暫時連接的方法,之後在組裝過程中,還會切斷再重新連接。
#include

Servo myservo;

int potpin = A0; // analog pin used to connect the potentiometer
int val; // variable to read the value from the analog pin

int listo = 13;

void setup() { 
pinMode(listo, OUTPUT); digitalWrite(listo, LOW);

myservo.attach(9); //pin de control al ESC

arm(); // Función para armar el esc

}

void loop() { 
digitalWrite(listo, HIGH); //Sierra preparada LED intermitente

delay(200);

digitalWrite(listo, LOW);

delay(200);

// reads the value of the potent. (value between 0 and 1023)

val = analogRead(potpin);

// scale it to use it with motor. Limitado a 100.

val = map(val, 0, 1023, 55, 140);

myservo.write(val);

}

void arm() { //Función de armado 
myservo.write(0);

delay(1000);

myservo.write(30);

delay(3000);

}

注意:有人建議以測試板取代Arduino和ESC。我們沒有試過,但對初學者來說也許難度會較低。你也許會需要修改3D模型──我們為此準備了SketchUp檔案。

組裝離心機

用螺栓將無人機馬達固定在馬達架上,接著用4個14 x 3mm螺栓和螺帽,將馬達架固定於殼蓋(圖C)。
圖片

圖C

將馬達的三條電線穿過殼蓋的橢圓洞口,以便連接ESC(圖D),現在可以連接其他電子元件了。請耐心依照電路圖按部就班完成。
圖片

圖D

連接完成後,請將船型開關輕輕推入機殼左側背面的缺口。母轉換器也如此安裝。電位器接線完成後請固定於殼蓋,並嵌入機殼右側前方所預留的空間。
Arduino Nano接線完成後有兩種選擇,一是直接塞入機殼(圖E),二是用黏膠或摩擦焊接法,在背後墊一塊塑膠片,安裝在機殼右側mini-USB端口旁邊。
圖片

圖E

這臺離心機仍只是原型,所以請仔細包好電線,如果看起來亂糟糟的也別太擔心。只要確保沒有電線外漏或觸電的問題,蓋上殼蓋後不會壓到任何東西就沒問題了。
將柱腳當做墊片使用,用3根螺絲將殼蓋固定於機殼,並於電位器旋轉軸加上旋鈕,如果需要的話,可以加墊紙片。請將轉子置於馬達旋轉軸上,並以螺帽栓緊,但不能太緊。
最後,用22x3mm螺栓和螺帽將蓋子固定於機殼後側,若要移動離心機,前側也可栓起(圖F)。

使用你的離心機

這臺離心機在使用上有一些難度──ESC會以為自己仍安裝在昂貴的無人機上,隨時都在解讀周圍的狀態。若是電壓太高或不穩,皆可能導致馬達停止運轉或ESC重新設定。以下有一些祕訣和提醒:
  • 當你用船型開關啟動離心機,ESC會發出聲音並自行校準。
  • 慢慢轉動旋鈕,差不多轉到一半時就會開始旋轉。繼續轉完另一半,機器會轉得更快。
  • 我們建議轉子旋轉要間隔1~2分鐘。我們用手機碼錶來計時。機器運作時,蓋子請務必蓋上。
  • 記得隨時保持轉子平衡,如果只有一支試管,另一側也要放一支空試管。轉子永遠要保持平衡,否則會因重量不平均而造成破壞。

進階版本

除了離心機外,我們也研發了磁力攪拌器和電泳系統,加上我們的試管架,你可以做基本的DNA萃取分析了。
你想要打造這樣一臺離心機嗎?ProgressTH建議可以用電位器來驅動馬達。「以ESC驅動離心機仍不夠穩定,因為ESC會誤以為離心器是無人機。你必須很小心地轉動旋鈕讓它開始旋轉,否則它會停止轉動再重新啟動。這大概需要求助程式編寫專家,他們比較懂得用Arduino Nano來排解問題。」
(譯:謝明珊)
原文
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial