Dergiler / Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi / 2024 / Cilt: 26 Sayı: 78

Mikrolitre Ölçeğinde Otomatik Sıvı Dozajlama Sistemi Geliştirilmesi

Development of an Automatic Liquid Dosing System in Microliter Scale

Serkan Doğanay(İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-3237-693X
Kadri Emre Orgun(İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ)0009-0006-9473-9317
Ömer Yüce(İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ)0009-0005-2196-1067
Haydar Barış Öcal(İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ)0009-0006-2030-4089
Ayberk Kıllı(İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ)0009-0000-5279-7494
Sayfa
512–518
Yayın Tarihi
2024-09-27
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bu durumda, her bir sıvıdan 250 µL’lik bir hacim alınarak oluşturulan numunenin, referans olarak verilen hacimden en fazla %3.4’lük bir ortalama sapmaya sahip olduğu gözlemlenmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmanın amacı, mikrolitre seviyesindeki hacimlerde sıvı numunelerin hazırlanabilmesi için özgün bir otomatik bir sıvı dozajlama sistemi tasarımıdır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Daha sonra, istenilen hacimlerdeki numunenin 3x3, 4x4 ve 5x5’lik numune kabı dizilimlerinde hazırlanabilmesi için uygulamaya özel bir algoritma geliştirilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Bu durumda, her bir sıvıdan 250 µL’lik bir hacim alınarak oluşturulan numunenin, referans olarak verilen hacimden en fazla %3.4’lük bir ortalama sapmaya sahip olduğu gözlemlenmiştir.
🔬Tür:Deneysel Tarla Denemesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Otomatik sıvı dozajlama · sıvı numune hazırlama · mekatronik sistem tasarımı

Özet

Bu çalışmanın amacı, mikrolitre seviyesindeki hacimlerde sıvı numunelerin hazırlanabilmesi için özgün bir otomatik bir sıvı dozajlama sistemi tasarımıdır. Bu kapsamda, belirlenen çalışma alanı içerisinde bir şırınganın pozisyonlandırılması ve içerisindeki sıvının boşaltılması için bir mekatronik sistem tasarımı yapılmıştır. Daha sonra, istenilen hacimlerdeki numunenin 3x3, 4x4 ve 5x5’lik numune kabı dizilimlerinde hazırlanabilmesi için uygulamaya özel bir algoritma geliştirilmiştir. Sistemin performansı, numune hazırlanması sırasında üç adete kadar farklı sıvılar kullanılabilecek şekilde test edilmiştir. 50 ve 100 µL numune hacimleri için tekrarlı deneyler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar bir adet sıvının, en fazla %3.9’luk bir ortalama sapma ile dozajlanabileceğini göstermiştir. Ayrıca, testler üç farklı sıvı kullanılarak numune elde etmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Bu durumda, her bir sıvıdan 250 µL’lik bir hacim alınarak oluşturulan numunenin, referans olarak verilen hacimden en fazla %3.4’lük bir ortalama sapmaya sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract

The goal of this study is to design a novel automatic liquid dosing system for liquid sampling at the microliter level. For this purpose, a mechatronics system is designed to position a syringe at the desired position in the workspace and then drive its piston to inject the liquid to be sampled. Then, an application-specific algorithm is developed to be able to prepare samples in 3x3, 4x4, and 5x5 sample container arrays with a desired volume. The performance tests are conducted for preparing samples with up to three different liquids. The repetitive experiments are performed for 50 and 100 µL sampling volumes. The results indicated that it is possible to dose a single liquid with the highest average deviation of 3.9%. Moreover, it is found that it is possible to prepare a sample with a mixture of three liquids by the highest average deviation from the reference value of around 3.4% when the targeting sampling volume is 250 µL for each liquid.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Doğanay, S., Orgun, K. E., Yüce, Ö., Öcal, H. B., Kıllı, A. (2024). Mikrolitre Ölçeğinde Otomatik Sıvı Dozajlama Sistemi Geliştirilmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt: 26 Sayı: 78, 512–518. https://doi.org/10.21205/deufmd.2024267819

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (24)

  1. Councill, E., Axtell, N.B., Truong, T., et al. 2021. Adapting a Low-Cost and Open-Source Commercial Pipetting Robot for Nanoliter Liquid Handling, SLAS Technology, Vol. 26, p. 311-319. DOI:10.1177/2472630320973591
  2. Wu, Y.Q., Chen, H., Wang, W., He, N.Y., Liu B. 2016. Development and Validation of an Automated Liquid Handling System for Sample Preparation Based on Multichannel Air Displacement Pipetting Technology, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 16, p. 6867-6871. DOI:10.1166/jnn.2016.12597
  3. Behrens, M.R., Fuller, H.C., Swist, E.R., Wu, J.W., Islam, M.M., Long, Z.C., Ruder, W.C., Steward, R. 2020. Open-source, 3D-printed Peristaltic Pumps for Small Volume Point-of-Care Liquid Handling, Scientific Reports, Vol. 10, p. 1543. DOI:10.1038/s41598-020-58246-6
  4. Darling, C., Smith, D.A. 2021. Syringe Pump Extruder and Curing System for 3D Printing of Photopolymers, HardwareX, Vol. 9, p. e00175. DOI:10.1016/j.ohx.2021.e00175
  5. Roth, E.A., Xu, T., Das, M., Gregory, C., Hickman, J.J., Boland, T. 2004. Inkjet Printing for High-throughput Cell Patterning, Biomaterials, Vol. 25, p. 3707-3715. DOI:10.1016/j.biomaterials.2003.10.052
  6. Boppana, N.P.D., Snow, R.A., Simone, P.S., Emmert, G.L., Brown, M.A. 2023. Low-cost Automated Pipetting System Using a Single Board Computer and 3D-printing, Instrumentation Science & Technology, Vol. 51, p. 355-370. DOI:10.1080/10739149.2022.2129677
  7. Kong, F.W., Yuan, L., Zheng, Y.F., Chen, W.D. 2012. Automatic Liquid Handling for Life Science: A Critical Review of the Current State of the Art, JALA: Journal of the Association for Laboratory Automation, Vol. 17, p. 169-185. DOI:10.1177/2211068211435302
  8. Tsai N.C., Sue C.Y. 2007. Review of MEMS-based drug delivery and dosing systems, Sensors and Actuators A-Physical, Vol. 134, p. 555-564. DOI:10.1016/j.sna.2006.06.014
  9. Tashman, J.W., Shiwarski, D.J., Feinberg, A.W. 2021. A High Performance Open-source Syringe Extruder Optimized for Extrusion and Retraction During FRESH 3D Bioprinting, HardwareX, Vol. 9, p. e00170. DOI:10.1016/j.ohx.2020.e00170
  10. Englmann, M., Fekete, A., Gebefugi, I., Schmitt-Kopplin, P. 2007. The Dosage of Small Volumes for Chromatographic Quantifications Using a Drop-on-demand Dispenser System, Analytical and Bioanalytical Chemistry, Vol. 388, p. 1109-1116. DOI:10.1007/s00216-007-1335-7
  11. Cheng, S., Chandra, S. 2003. A Pneumatic Droplet-on-demand Generator, Experiments in Fluids, Vol. 34, p. 755-762. DOI:10.1007/s00348-003-0629-6
  12. Achim, W. 2006. Acoustically driven programmable microfluidics for biological and chemical applications. JALA: Journal of the Association for Laboratory Automation, Vol. 11, p. 399-405. DOI:10.1016/j.jala.2006.08.001
  13. Lammerink, T.S.J., Elwenspoek, M., Fluitman, J.H.J. 1993. Integrated Micro-Liquid Dosing System. IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, February 10, Fort Lauderdale, 254-259. DOI:10.1109/MEMSYS.1993.296913
  14. Wolfgang, S. 2004. PipeJet: A Simple Disposable Dispenser for the Nano-and Microliter Range, SLAS Technology, Vol. 9, p. 300-306. DOI:10.1016/j.jala.2004.08.008
  15. Lake, J.R., Heyde, K.C., Ruder, W.C. 2017. Low-cost Feedback-controlled Syringe Pressure Pumps for Microfluidics Applications, PLoS One, Vol. 12, p. e0175089. DOI:10.1371/journal.pone.0175089
  16. Carvalho, M.C., Murray, R.H. 2018. Osmar, the Open-source Microsyringe Autosampler, HardwareX, Vol. 3, p. 10-38. DOI:10.1016/j.ohx.2018.01.001
  17. Samokhin, A.S. 2020. Syringe Pump Created Using 3D Printing Technology and Arduino Platform, Journal of Analytical Chemistry, Vol. 75, p. 416-421. DOI:10.1134/s1061934820030156
  18. Florian, D.C., Odziomek, M., Ock, C.L., Chen, H.N., Guelcher, S.A. 2020. Principles of Computer-controlled Linear Motion Applied to an Open-source Affordable Liquid Handler for Automated Micropipetting, Scientific Reports, Vol. 10, p. 13663. DOI:10.1038/s41598-020-70465-5
  19. Barthels, F., Barthels, U., Schwickert, M., Schirmeister, T. 2020. FINDUS: An Open-Source 3D Printable Liquid-Handling Workstation for Laboratory Automation in Life Sciences, SLAS Technology, Vol. 25, p. 190-199. DOI:10.1177/2472630319877374
  20. Torres-Acosta, M.A., Lye, G.J., Dikicioglu, D. 2022. Automated Liquid-handling Operations for Robust, Resilient, and Efficient Bio-based Laboratory Practices, Biochemical Engineering Journal, Vol. 188, p. 108713. DOI:10.1016/j.bej.2022.108713
  21. Tweed, J.A., Gu, Z.H., Xu, H., Zhang, G.D., Nouri, P., Li, M., Steenwyk, R. 2010. Automated Sample Preparation for Regulated Bioanalysis: An Integrated Multiple Assay Extraction Platform Using Robotic Liquid Handling, Bioanalysis, Vol. 2, p. 1023-1040. DOI:10.4155/bio.10.55
  22. Karimaghaee, P., Hosseinzadeh, A., Amidi, A., Roshandel, E. 2017. Adaptive Control Application on Syringe Pump Pressure Control Systems in Oil and Gas Industries. 5th International Conference on Control, Instrumentation, and Automation (ICCIA), November 21-23, Shiraz, 259-264. DOI:10.1109/ICCIAutom.2017.8258689
  23. Cengel, Y., Cimbala, J. 2013. Fluid mechanics fundamentals and applications (SI units). McGraw Hill, 1000s.
  24. Panton, R.L. 2024. Incompressible flow. John Wiley & Sons, 867s.