Development of 3D-printed plastic based low-cost sensing systems

Abstract

Çevre ve sağlık, insan yaşamı için çok önemli ve birbirlerinden ayrılamayacak olan iki önemli şeydir. Bu iki olayla ilgili problemler insan yaşamını olumsuz yönde etkileyecektir. Bu nedenle sağlık ve çevre sorunları uygun test cihazları ile izlenmeli ve analiz edilmelidir. Bu testleri gerçekleştirmek için ucuz, güvenilir ve hızlı test ekipmanına ihtiyaç vardır. Ucuz, pratik, hızlı üretim yöntemi olan üç boyutlu (3B) baskı teknolojisinin devrimiyle bu tür test cihazları üretilebilir. Bu üretim yöntemi mikro akışkanlar için kullanılır ve ayrıca akıllı telefonları laboratuvar altyapısına dönüştürür.Mevcut çalışmada, yerinde test yöntemi ekipmanları 3B yazıcı yöntemleri kullanılarak üretilmiş ve üç farklı uygulama için test edilmiştir. Birinci çalışmada, düşük maliyetli, tekrar kullanılabilir bir akış sitometresi cihazı üretildi ve test edildi. İnce ve kalın cam borular 3B baskı yöntemi ile üretilmiş plastik hizalayıcıya entegre edildi. Bir 3B odak-farkındalık testi ile 6 mikronluk parçacık sayım testleri gerçekleştirildi. Sonuçlar, üç boyutlu bir yazıcıda üretilen akış sitometrenin geleneksel akış sitometre cihazlarının yerini alabileceğini göstermiştir. İkinci çalışmada, akıllı telefon için özel bir beşik ve bir daldırma aparatı üretmek için 3B yazıcı kullanıldı ve endokrin sistem için en yaygın zararlı kimyasal olarak bilinen bisfenol-a tespiti yapıldı. Saf suda, ticari suda ve musluk suyunda bulunan bisfenol-a miktarları, iki fiber kablo, telefon feneri ve kamerasını birleştiren bir sistem aracılığıyla analiz edildi. Elde edilen fotoğraflar, renk analizi için bir bilgisayara aktarılmış ve sonuçlar görüntü işleme yöntemi ile çıkartılmıştır. Üçüncü çalışmada, çevresel uygulamalar için plastik parçalar, fiber kablolar ve özel olarak tasarlanmış beşikten oluşan taşınabilir bir bulanıklık ölçüm cihazı üretilmiştir. Burada, bulanıklık ölçümü için formazin standart çözeltiler kullanılmıştır. Bulanıklık ölçer cihazından elde edilen sonuçlar hem ışığın saçılımını hem de iletim özelliklerini aynı anda kullanarak ölçümler yapabileceğini göstermiştir.

Environment and health is two important things that are so important to human life because they cannot be separated from each other. The problems related with these two events will negatively affect human life. Therefore, health and environmental problems should be monitored with proper testing devices and analyzed. In order to perform these tests, we need cheap, reliable and fast test equipment. With the revolution of three-dimensional (3D) printing technology that is cheap, practical, fast method of production, this kind of test devices can be produced. This production method is used to produce the device for microfluidics and also it converts smartphones to laboratory infrastructure.In the current study, on-site test equipment was produced via 3D printing methods and tested for three different applications. In the first study a low cost, reusable flow cytometry device was produced and tested. Thin and thick glass pipes were integrated in the 3D printed aligner. A 3D focus-awareness test and 6-micron particle count tests were performed. The results show that the flow cytometer produced by three-dimensional printer can replace conventional flow cytometers. The second study, a 3D printer was used to produce a special cradle and an immersion apparatus for a smartphone, and identify the most commonly known chemical Bisphenol-A which is harmful to the endocrine system. Quantities of Bisphenol-A in pure water and commercial water were analyzed through a system combining two fiber cables and the phone's flashlight and camera. The resulting photographs were transferred to a computer for color analysis and the results were extracted through image process method. In the third study a portable turbidity measurement device was fabricated for environmental application, consisting of plastic parts, fiber cables and specially designed cradle. Here, formazine standard solutions were used for turbidity measurement. Turbidity meter device can perform measurements both using the scattering and transmission characteristics of light simultaneously.