Development of 3D printed spectroscopy ınstrumentation for medical applications

Abstract

The aim of this thesis is technically to produce a national production basement on analytical device manufacturing. In addition, recent advances in the evaluation of absorbance, reflection and fluorescence spectrum measurements in the UV-VIS range (vascular volume, oxygenation, extra cellular matrix, metabolic redox states, cellular proliferation) give us valuable measurements about the diagnosis, prognosis and treatment of some cancer types. Thus for every doctor and for every medical laboratory a cheap, portable, handy, and enough accurate UV-VIS spectrometer has become an up to date demand. Therefore production of an analytical VIS-spectrometer is planned as a first step on the way of our aim, by using our laboratory facilities and by using very common optical, electronical, mechanical components in the market around. Optical box design was get from an internet open source and printed in our laboratory by 3D-printer (Stratasys-Objet 30). A general purpose plastic mounting box (15x9x5 cm) is used for electronic part of the spectrometer. These two box is adjusted to each other to become as a single cabinet for spectrometer. Optical components are mounted, aligned and coupled to electronic circuit. PC and Microcontroller programs are written and loaded in our laboratory. During the calibration of our device, its performance is compared with the technical specifications of commercial VIS-spectrometers. As a last step; the produced device is used and tested in our laboratory.

Bu tezin amacı, teknik olarak analitik cihaz imalatı üzerine ulusal bir üretim temeli oluşturmaktır. Ek olarak UV-VIS aralığında absorbans, yansıma ve floresan spektrum ölçümlerinin değerlendirilmesiyle ilgili son gelişmeler (vasküler hacim, oksijenasyon, hücre dışı matris kapsamı, metabolik redoks durumları, hücresel proliferasyon) bize bazı kanser türlerinin tanısı, seyri ve tedavisi hakkında değerli ölçümler vermektedir. Bu nedenle, her doktor ve her tıbbi laboratuar için ekonomik, taşınabilir, kullanışlı ve yeterince hassas bir UV-VIS görünür spektrometresi güncel bir talep haline gelmiştir. Bu sebepler değerlendirildiğinde, laboratuar imkanlarımızdan yararlanılarak ve piyasada çok yaygın olan optik, elektronik, mekanik bileşenler kullanılarak bir VIS spektrometre üretimi amacımıza giden yolda ilk adım olarak planlanmıştır. Optik kutu tasarımı internette açık bir kaynaktan alındı ve laboratuvarımızda 3D yazıcı (Stratasys-Object 30) ile basıldı. Spektrometrenin elektronik kısmı için genel amaçlı bir plastik montaj kutusu (15x9x5 cm) kullanıldı. Bu iki kutu, spektrometre için bir bütün oluşturacak şekilde birleştirildi. Optik bileşenler optik kutuya yerleştirildi, hizalandı ve elektronik devreye bağlandı. PC ve mikrodenetleyici programları laboratuarımızda yazıldı ve yüklendi. Kalibrasyon yapılırken cihazımızın performansı ticari VIS spektrometrelerin teknik özellikleri ile karşılaştırıldı.