Bachelor's Thesis

Design and fabrication of a simple syringe pump for controlled fluid manipulation

Final Thesis 3.34 MB Appendix 563.48 kB

Author of thesis: Jan Man

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Brodský, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaromír Jarušek

Abstract:

This thesis focuses on the design and implementation of a simple and cost effective syringe pump intended for precise fluid manipulation in microfluidic applications. The work is primarily theoretical, summarizing the fundamental principles of microfluidics, fluid dosing methods, and commonly used types of micropumps. Emphasis is placed on the physical phenomena governing microscale flow and on the requirements for stable and reproducible flow control. The practical part describes the construction of the pump, the selection of a suitable drive mechanism and a microcontroller, as well as the implementation of the control software and assembly of the functional prototype. The thesis concludes with basic testing of the device, evaluation of its performance, and suggestions for further development.

Keywords:

Microfluidics, fluid dosing, syringe pump, micropump, flow control, microcontroller, stepper motor

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své bakalářské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Máte dva kontrolní platformy, která ovládá backend a která frontend? Student odpověděl jak je přípravek řízen. Je v přípravku zavedena kalibrace? Student odpověděl, že kalibrace není použita. Dále bylo řešeno konstrukční řešení zařízení, které student popsal.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. (předseda)
prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc. (místopředseda)
Ing. Vladimír Levek, Ph.D. (člen)
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Prokop, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Brodský, Ph.D.

Student Jan Man se ve své bakalářské práci zabýval návrhem a realizací jednoduché stříkačkové pumpy pro kontrolovanou manipulaci s tekutinou v mikrofluidních aplikacích. Téma práce považuji za prakticky relevantní, protože přesné a cenově dostupné dávkování kapalin je důležitou součástí mikrofluidních experimentů.

Požadavky zadání byly splněny. Student nastudoval dostupná řešení jednoduchých stříkačkových pump, zvolil konstrukční a řídicí řešení založené na 3D tisku, krokovém motoru, Arduinu a ovladači DRV8825 a sestavil funkční prototyp. Součástí práce je také základní softwarové řízení, doplnění systému o mikroskopický modul a experimentální ověření dávkování pomocí gravimetrické metody.

Technická zpráva má přehlednou strukturu a odpovídající rozsah. Teoretická část shrnuje základní principy mikrofluidiky, způsoby dávkování tekutin a princip stříkačkových pump. Praktická část popisuje konstrukci prototypu, použité komponenty, software a provedené testy. Práce s literaturou je přiměřená úrovni bakalářské práce, i když některé zdroje jsou spíše obecnějšího charakteru.

Za pozitivní považuji, že student sestavil funkční zařízení, provedl jeho základní charakterizaci a porovnal vybrané parametry s komerční pumpou AL-1000. Výsledky ukazují, že prototyp je použitelný zejména pro větší dávkované objemy a pro jednodušší laboratorní aplikace. Praktickým výstupem je tedy funkční nízkonákladové zařízení, které může sloužit jako základ pro další vývoj nebo pro demonstrační a výukové účely.

Hlavní slabinu práce vidím v tom, že praktická část mohla být rozsáhlejší a více samostatná. Konstrukce vychází z existujícího open-source řešení a vlastní přínos studenta spočívá především v jeho sestavení, úpravě rozměrů, doplnění některých mechanických prvků a testování. Téma nabízelo více prostoru pro vlastní konstrukční návrh.

Formální a jazyková úroveň práce je dostačující, ale text místy působí méně odborně a obsahuje stylistické nedostatky. Některé části praktického vyhodnocení by mohly být zpracovány přesněji a přehledněji, zejména s ohledem na interpretaci chyb, opakovatelnosti a srovnání s komerčním systémem.

Během semestru student pracoval samostatně a dokázal dovést práci k funkčnímu prototypu. Konzultace probíhaly přiměřeně a student byl schopen reagovat na základní technické problémy při realizaci zařízení. Celkově hodnotím práci jako splněnou a prakticky použitelnou, ale s rezervami v rozsahu a hloubce vlastní praktické části. Points proposed by supervisor: 83

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jaromír Jarušek

Předložená práce se zabývá vývojem a konstrukcí stříkačkových pump s důrazem na jednoduchou konstrukci a využití dostupných technologií. Student v práci nejprve popisuje základy mikrofluidiky, běžně dostupné typy pump a metod dávkování malých objemů tekutin. Dále pak popisuje technická řešení stříkačkových pump, iterace realizovaných prototypů a následné ověření přesnosti dávkování a stability průtoku. Lze tedy zhodnotit, že zadání práce bylo splněno.
Práce je poměrně logicky a srozumitelně členěna, připomínky mám však k podkapitole 1.5 Ovládání a řízení, která představuje svým způsobem překlenutí mezi teoretickou částí a praktickým návrhem řešení. Z pohledu teoretické části jde o poměrně stručnou podkapitolu, která by si zasloužila více technických detailů a případně i rozčleněni do podkapitol. Stylisticky je blíže praktickému návrhu, i když je součástí teoretické části. 
Student v práci vhodně cituje především technické materiály výrobců mikrofluidních zařízení a také odborné články z impaktovaných časopisů. Za méně vhodné považuji citace z uvedených online encyklopedií. Rozsah technické zprávy byl splněn, i když je blíže dolní doporučené hranici.
Po prezentační a formální stránce je práce na dobré úrovni a obsahuje jen malé množství formálních a jazykových chyb, jako jsou nejednotně uvedené fyzikální jednotky, formátování tabulky nebo překlepy. Vzhledem k tomu, že konstrukce vycházela z existujícího open-source řešení stříkačkové pumpy Poseidon, považuji za nedostatek, že z návrhové a konstrukční části technické zprávy není dost dobře patrné, které části jsou originální a které byly převzaty.
Vyzdvihnout je potřeba realizační výstupy, tedy zkonstruovaná zařízení. Z testování a vyhodnocení, které student provedl lze zhodnotit, že zařízení pracují s vyhovující přesností pro méně kritické aplikace, jako je testování mikrofluidních čipů nebo při laboratorní výuce.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení C/78 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Jaký je maximální počet pump, které možné systémem řídit, a jak by šel počet případně rozšířit?
  2. Je prezentované řešení vhodné pro rozšíření o uživatelské programování řízení pump s využitím skriptů nebo jinou formou?
Points proposed by reviewer: 78

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová