Farma : un bioréacteur à domicile pour les produits pharmaceutiques (1 / 18 étapes)

Étape 1: Exigences de conception et ingénierie

Pour commencer la conception de l’appareil, j’ai commencé des recherches sur les exigences de conception. Je me suis cassé la recherche en trois catégories : la spiruline (a) croissance, besoins des utilisateurs (b) et (c) une liste de caractéristiques.

Exigences de croissance de la Spiruline :

1. La spiruline se développent mieux à 30 ° C.
2. La spiruline ont besoin de CO2 pour la photosynthèse.
3. La spiruline photosynthétiser en absorbant la lumière dans plusieurs pigments photoactifs. Par conséquent, dont ils ont besoin de soleil ou lumière artificielle de croître. Aussi, ils se développent mieux dans un cycle jour/nuit de 12 heures, semblable à des conditions naturelles.
4. Ils se développent dans un milieu alcalin (basique) qui contient une source d’azote (parmi d’autres nutriments nécessaires).

Heureusement, il existe plusieurs système de spiruline à domicile actuellement sur le marché qui a servi comme un bon point de départ pour répondre à ces exigences de croissance. En particulier, les Systèmes de spiruline a un démarreur que j’ai regardé comme un bon point de départ. J’ai acheté également la culture starter et les éléments nutritifs de la spiruline Systems (plus sur cela plus tard).

Ingénierie :

Exigences concernant les feux

Autant que possible. J’ai fait une brève étude documentaire pour tenter de déterminer l’intensité lumineuse, préférée par la spiruline. J’ai dû mal à trouver une source qui fait autoritaire (par exemple, un article de synthèse sur le sujet) mais j’ai trouvé plusieursutilesdocuments dont j’ai grokked que la spiruline comme autant de lumière que possible. Deux des études ont utilisé des intensités lumineuses supérieures à 3000 μmol photons par mètre carré par seconde. (Une mole de photons est le nombre d’Avogadro de photons).

Importent des longueurs d’onde ? Oui. Les pigments photosynthétiques au sein de la spiruline (y compris la chlorophylle a, bêta-caroténoïdes et phycocyanine) sont excités par des bandes de fréquences étroite dans la gamme bleue et rouge (pas verte). Il serait possible d’augmenter la production et l’efficacité en utilisant des LEDs à ces fréquences spécifiques ou de modifier le profil nutritionnel (beaucoup les pigments sont des nutriments) en exposant la spiruline aux longueurs d’onde particulières. Pour ce projet, j’ai juste utilisé une lumière blanche chaude.

Conception de réacteur

Après avoir écumé plusieursrecherchepapiers, j’ai fini par concevoir un photobioréacteur intérieurement illuminée "transport aérien".

En interne, illumination - que j’ai conçu une lumière de colonne qui s’asseyait à l’intérieur d’un réacteur cylindrique. La lumière de la colonne est tout simplement une tige en aluminium enveloppée avec puissance la plus élevée, LED blanc chaud, j’ai pu trouver (sur Amazon). La lumière irradie vers l’extérieur du centre de la colonne avec la même intensité dans toutes les directions. Parce que la lumière est rayonnant vers l’extérieur, l’intensité (photons par mètre par seconde) est plue près de la lumière et diminue (par un facteur de r ^ 2) abri de la lumière. Par conséquent, d’éclairage intérieur cylindrique favorise créer une colonne de haute avec une forte intensité lumineuse sur le diamètre interne et le diamètre extérieur du réacteur. Cependant, il existe un commerce évident au large avec volume : un réacteur haut et étroit aura beaucoup moins de volume (et donc moins la spiruline) puis un réacteur plus court, gras.

Dimensionnement du réacteur - compte tenu de ce compromis entre intensité lumineuse et de volume, je savais que je devais faire quelques hypothèses et les calculs bruts de choisir le diamètre et la longueur du réacteur. Tout d’abord, j’ai supposé que le photobioréacteur puisse avoir droit au produit de 1 g / L par jour de spiruline. J’ai obtenu ce nombre de recherches sur les taux de production des photobioréacteurs intérieurement illuminée dans la littérature. Il s’agit évidemment d’une hypothèse énorme, mais j’ai dû commencer quelque part ! Deuxièmement, j’ai fait une autre hypothèse énorme : une cuillère à café de spiruline par jour serait un volume suffisant pour une dose quotidienne de médicaments. C’est truffé de hypothèses aux questions qui n’ont pas de réponse... en particulier la concentration du médicament un futur organisme la spiruline pourrait être en mesure de produire (le % de leur biomasse qui est drogue vs tout le reste) et l’exigence de la drogue pour l’utilisateur. Alors, j’ai pris 1 cuillère à café (encore une fois vous avez bien commencer quelque part!), ce qui aurait les moyens, j’aurais besoin d’un réacteur de 5 L. Pour me donner beaucoup de place à l’erreur, j’ai décidé que 10-15 L semblait être une bonne taille. Ensuite, j’ai mis en place un calcul de feuille de calcul qui tient compte des dimensions, dont le diamètre extérieur du réacteur, ID du réacteur et la longueur du réacteur et calculé le volume. J’ai ensuite branché dans ce que je savais sur la lumière LED bande (puissance, rendement lumineux) et l’intensité de la lumière (photons par mètre carré par seconde) à l’ID et OD. J’ai joué un peu avec les entrées (OD, ID et diamètre) et calculé les sorties (Volume, intensité lumineuse) jusqu'à ce que j’ai été heureux. J’ai trouvé qu’avec un 200 mm OD, ID de 60 mm, longueur 450mm, j’ai calculé que l’intensité lumineuse à l’ID serait ~ 4000 μmol m−2 s−1 et ~ 1100 à l’OD avec un volume total de 12,8 L. J’ai également CAD'd up qui façonnent et était heureux avec les proportions. Si vous êtes intéressé par la façon dont j’ai fait ces calculs, s’il vous plaît commentaire ci-dessous... Je suis également très intéressé comment ce problème pourrait modélisé mathématiquement--j’aimerais votre opinion là-dessus !

Transport aérien - transport aérien réacteurs utilisent l’aération en outre de mélanger le contenu du réacteur. J’ai trouvé un camion-citerne d’aquarium en forme d’anneau. Le camion-citerne émettraient des bulles d’air concentriquement autour de l’intérieur léger et jusqu'à la surface, créant un courant vers le haut autour du tube de lumière intérieur et ensuite une baisse actuelle sur les bords du bioréacteur.

Besoins des utilisateurs :
Que fait un médicament futur home brew périphérique look and feel like ? Comment s’en sert-on ? Quelles sont les caractéristiques devrait-elle avoir ? Pour répondre à certaines de ces questions et d’informer la conception du produit, que j’aurais pu faire un prototypage rapide et tests, entrevues auprès d’utilisateurs et d’autres recherches de conception s’approche. Cependant, je n’avais pas honnêtement vraiment temps de les faire. Au lieu de cela, j’ai moi-même pensé comme l’utilisateur hypothétique et essayé d’imaginer l’expérience que je voudrais.

Je suis venu avec les besoins des utilisateurs suivants.

1. Une expérience automatisée. Idéalement, une pilule quotidienne serait tout simplement pop hors de la machine.
2. Dans la cuisine. Je ne veux pas mettre le produit dans la cuisine, voisinage d’autres appareils.
3. Options de diverses drogues. Je voudrais que le produit est en mesure de brasser beaucoup de différents types de médicaments.
4. Production rapide. Les systèmes existants de spiruline prennent jusqu'à 2-3 semaines pour commencer à récolter. Je voudrais pour commencer une bonne partie de récolte plus tôt.
5. Vos commentaires sur les progrès de brassage. Je voudrais savoir combien de spiruline a augmenté.

De ces exigences des utilisateurs, j’ai créé une liste souhaitée des fonctionnalités :

1. Lumière artificielle permet à l’appareil être placé loin des fenêtres et permet au produit d’avoir une plus grande maîtrise de la croissance.
2. Contrôle de la température à 30 ° C.
3. Aération. J’ai décidé de ne pas utiliser le CO2 pur, qui devrait se traduire par une croissance plus forte.
4. Continu de mélange. Pour s’assurer que la spiruline reçoivent une quantité égale de lumière.
5. La télédétection de la densité de la spiruline et "Barre de progression". Le système aurait la densité de la culture des pistes et signaler cette densité à l’aide d’une barre de progression, créée par les feux d’éclairage intérieur.
6. Récolte automatique. L’appareil doit être en mesure de sens quand la spiruline doit être récoltée et faites-le automatiquement.
7. Filtrage et séchage de la spiruline
8. Capacitive touch interface utilisateur. L’utilisateur pourrait fonctionner de différentes parties de l’appareil juste en les touchant.

Il s’agissait d’une liste assez ambitieuse. J’ai réussi à mettre en oeuvre avec succès de 1-4... 5-7 sont des travaux en cours, et je n’ai pas essayé de mettre en œuvre 8, encore.