Diseño y realización de un sistema de inyección infusión de alta precisión, para aplicaciones de sensado en tiempo real

Abstract

[ES] Una bomba de jeringa, también conocido como inyector, es una bomba de tamaño reducido de infusión y extracción de líquidos, que es utilizado en investigaciones químicas y biomédica debido a que puede administrar gradualmente cantidades muy pequeñas de fluido. El diseño consiste en el control de un motor al que se le conecta un sistema mecánico que desplazará el émbolo de una jeringa, variando así el volumen succionado o inyectado. En dicha bomba se pueden diferenciar dos bloques: - Un bloque mecánico formado por la jeringa y el motor que mueve el émbolo de esta. - Un bloque electrónico, que está formado un display LCD encargado de mostrar información al usuario, unos pulsadores que nos permitirán acceder a las distintas funciones de la bomba, un encoder rotativo que proporcionará una señal eléctrica que confirma el giro del motor, y un microcontrolador responsable de gestionar los componentes mencionados.Los laboratorios del Instituto Universitario de Tecnología Nanofotónica de Valencia disponen de diferentes modelos de bombas usadas para la realización de pruebas de sensado sobre sensores fotónicos. A pesar de que estas bombas ofrecen garantías de precisión y repetibilidad, sus elevados costes, así como los tiempos de envío o reparación, son sus principales inconvenientes a la hora de realizar su adquisición. En este proyecto tiene como finalidad la reutilización de una bomba de jeringa que se encontraba estropeada. Para ello se ha empleado software libre y componentes accesibles. Considerando lo anterior, a continuación se aborda el diseño del sistema de control de la bomba de jeringa, basado en software libre y componentes de fácil adquisición, y se utilizará la propia matriz de una bomba de jeringa dañada, aprovechando la parte mecánica y su estructura. Durante el desarrollo del proyecto se explicará detalladamente el proceso de selectividad de cada componente, así como la programación del microcontrolador. Se ha destinado también un apartado al diseño del circuito impreso necesario, y a las pruebas realizadas para llevar a cabo la calibración de la bomba. Por último, se expondrán y valorarán los resultados obtenidos de las pruebas experimentales, y se evaluará el proyecto tanto técnica como económicamente para un posterior uso práctico en cualquier laboratorio.

[EN] A syringe pump, also known as an injector, is a small-sized infusion and extraction pump used in chemical and biomedical research because it can gradually administer very small amounts of fluid. The design involves controlling a motor connected to a mechanical system that displaces the syringe plunger, thereby varying the volume sucked in or injected. This pump can be divided into two blocks: - A mechanical block consisting of the syringe and the motor that moves its plunger. - An electronic block, which includes an LCD display that shows information to the user, buttons that allow access to the pump's various functions, a rotary encoder that provides an electrical signal confirming the motor's rotation, and a microcontroller responsible for managing the aforementioned components. The laboratories of the Nanophotonics Technology University Institute of Valencia have different models of pumps used for sensing tests on photonic sensors. Despite these pumps offering guarantees of precision and repeatability, their high costs, as well as shipping or repair times, are their main disadvantages when it comes to acquisition. This project aims to reuse a syringe pump that was broken. To achieve this, free software and accessible components have been used. Considering the above, the following addresses the design of the syringe pump control system, based on free software and easily obtainable components, utilizing the mechanical part and structure of a damaged syringe pump. The project development will detail the process of selecting each component and programming the microcontroller. A section is also dedicated to designing the necessary printed circuit, and the tests carried out to calibrate the pump. Finally, the results obtained from the experimental tests will be presented and evaluated, and the project will be assessed both technically and economically for subsequent practical use in any laboratory.

[CA] Una bomba de xeringa, també conegut com a injector, és una bomba de grandària reduïda d'infusió i extracció de líquids, que és utilitzat en investigacions químiques i biomèdica pel fet que pot administrar gradualment quantitats molt xicotetes de fluid. El disseny consistix en el control d'un motor al qual se li connecta un sistema mecànic que desplaçarà l'émbol d'una xeringa, variant així el volum succionat o injectat. En esta bomba es poden diferenciar dos blocs: - Un bloc mecànic format per la xeringa i el motor que mou l'émbol d'esta. - Un bloc electrònic, que està format un display LCD encarregat de mostrar informació a l'usuari, uns polsadors que ens permetran accedir a les diferents funcions de la bomba, un encoder rotatiu que proporcionarà un senyal elèctric que confirma el gir del motor, i un microcontrolador responsable de gestionar els components esmentats.Els laboratoris de l'Institut Universitari de Tecnologia Nanofotònica de València disposen de diferents models de bombes usades per a la realització de proves de sensado sobre sensors fotònics. A pesar que estes bombes oferixen garanties de precisió i repetitivitat, els seus elevats costos, així com els temps d'enviament o reparació, són els seus principals inconvenients a l'hora de realitzar la seua adquisició. En este projecte té com a finalitat la reutilització d'una bomba de xeringa que es trobava desbaratada. Per a això s'ha emprat programari lliure i components accessibles. Considerant l'anterior, a continuació s'aborda el disseny del sistema de control de la bomba de xeringa, basat en programari lliure i component de fàcil adquisició, i s'utilitzarà la pròpia matriu d'una bomba de xeringa danyada, aprofitant la part mecànica i la seua estructura. Durant el desenrotllament del projecte s'explicarà detalladament el procés de selectivitat de cada component, així com la programació del microcontrolador. S'ha destinat també un apartat al disseny del circuit imprés necessari, i a les proves realitzades per a dur a terme el calibratge de la bomba. Finalment, s'exposaran i valoraran els resultats obtinguts de les proves experimentals, i s'avaluarà el projecte tant tècnica com econòmicament per a un posterior ús pràctic en qualsevol laboratori.