多通道熒光基因電路射頻表征型微反應(yīng)器
發(fā)布時(shí)間：2021-08-24 01:28
將電子控制與光電信號處理引入合成生物領(lǐng)域,提出了一種新型便捷式的低功耗生物反應(yīng)器.系統(tǒng)以AVR微控制器為核心,負(fù)責(zé)ST2L2B-ST1KLA光電傳感前端,nRF24L01模塊與控制端、上位機(jī)間的通信,輔以FGB25、FGL530光陣列角度計(jì)算與磁路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了在不同氣體條件,不同光源下對光密度值,綠熒光蛋白演化趨勢等參數(shù)的多樣品并行,實(shí)時(shí)同步自動(dòng)化監(jiān)測.論證了電子檢測平臺可以表征個(gè)體熒光亮度,應(yīng)用于基因重構(gòu)的檢測領(lǐng)域.
【文章來源】：南開大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖
n RF24l01、ATmega328P芯片與前端基本單元組合可以構(gòu)成輸出對比實(shí)驗(yàn)參數(shù)的一個(gè)節(jié)點(diǎn).圖1左側(cè)即為節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu).先在制備好的合成細(xì)胞樣品周圍組裝光陣列.光陣列由貼片燈條、兩組LED光源、對應(yīng)波長濾片及探測器組成.一組光源用來測量樣品的低頻折射光強(qiáng).在偏壓電路作用下,LED燈源(940 nm)為樣品提供光密度測量入射光,經(jīng)菌體折射后由光電三極管接收.細(xì)菌濃度會(huì)決定其接收光強(qiáng).另一組用來測量樣品的熒光性能.當(dāng)接入不同的基因,細(xì)胞可以由不同波長的光來控制其光基因電路的啟動(dòng)與抑制.啟動(dòng)時(shí)細(xì)胞產(chǎn)生熒光蛋白,可被對應(yīng)波長激發(fā).用濾片將背景雜光濾除后,其出射光轉(zhuǎn)換的電壓值能夠表征樣品的熒光基因表達(dá)情況.ATmega328P芯片讀入多組探測器電壓值,由n RF24L01模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā).準(zhǔn)確的光學(xué)量測需要配合旋轉(zhuǎn)磁力激起的震蕩.系統(tǒng)利用ATmega328P控制達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇完成對樣品的定時(shí)攪拌.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
主控芯片負(fù)責(zé)讀取光電壓.系統(tǒng)采用AVR系列的8 bit微控制器ATmega328P,它擁有32個(gè)8位通用寄存器RISC處理器內(nèi)核,主頻達(dá)20 MHz.內(nèi)部NVM包含32 k B的閃存,1 k B的EEPROM及2 k B的SRAM.其具備豐富的片上外設(shè)資源,主要包括兩個(gè)8 bit定時(shí)器,一個(gè)16 bit計(jì)數(shù)器及預(yù)分頻器,6個(gè)PWM通道,COMP、UART、ADC、I2C、SPI等接口.可以提供6種低功耗模式,省電模式下在1 MHz功耗僅1.35μW,可以保證系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定工作.系統(tǒng)利用PWM輸出調(diào)節(jié)LED光源,模擬腳位讀取光電壓后利用SPI接口與n RF24l01通信.定時(shí)器完成100個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)后進(jìn)入掉電狀態(tài),自動(dòng)化完成監(jiān)測實(shí)驗(yàn).誘發(fā)光采用LED燈條,單片機(jī)為其提供偏壓時(shí)需要在輸出管腳外接升壓(Boost)電路(圖3),將5 V轉(zhuǎn)換成12 V來驅(qū)動(dòng).Boost電路采取Linear技術(shù)公司生產(chǎn)的高功率開關(guān)穩(wěn)壓芯片LT1170.其采用3-60 V的寬工作電源電壓范圍,靜態(tài)電流低至6 m A.反激式調(diào)節(jié)模式具有全浮動(dòng)輸出.自適應(yīng)抗飽和開關(guān)驅(qū)動(dòng)以允許寬變化范圍的負(fù)載電流.能夠在所有標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)配置中運(yùn)作,包括降壓、升壓、反激式、正激式、副輸出和"Cuk"型.選取適當(dāng)元件值配置外圍電路將5 V的控制器管腳輸出升壓到接收器驅(qū)動(dòng)電壓.2.2 自動(dòng)攪拌模塊
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于fNIRS與SiPM的腦血氧檢測電路設(shè)計(jì)[J]. 吳凱,劉燕,佟寶同,邢曉曼,戴亞康. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(01)
[2]基于AVR單片機(jī)的線陣CCD智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 王彩霞. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2005(S2)
本文編號：3358999
【文章來源】：南開大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,53(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖
n RF24l01、ATmega328P芯片與前端基本單元組合可以構(gòu)成輸出對比實(shí)驗(yàn)參數(shù)的一個(gè)節(jié)點(diǎn).圖1左側(cè)即為節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu).先在制備好的合成細(xì)胞樣品周圍組裝光陣列.光陣列由貼片燈條、兩組LED光源、對應(yīng)波長濾片及探測器組成.一組光源用來測量樣品的低頻折射光強(qiáng).在偏壓電路作用下,LED燈源(940 nm)為樣品提供光密度測量入射光,經(jīng)菌體折射后由光電三極管接收.細(xì)菌濃度會(huì)決定其接收光強(qiáng).另一組用來測量樣品的熒光性能.當(dāng)接入不同的基因,細(xì)胞可以由不同波長的光來控制其光基因電路的啟動(dòng)與抑制.啟動(dòng)時(shí)細(xì)胞產(chǎn)生熒光蛋白,可被對應(yīng)波長激發(fā).用濾片將背景雜光濾除后,其出射光轉(zhuǎn)換的電壓值能夠表征樣品的熒光基因表達(dá)情況.ATmega328P芯片讀入多組探測器電壓值,由n RF24L01模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā).準(zhǔn)確的光學(xué)量測需要配合旋轉(zhuǎn)磁力激起的震蕩.系統(tǒng)利用ATmega328P控制達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇完成對樣品的定時(shí)攪拌.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
主控芯片負(fù)責(zé)讀取光電壓.系統(tǒng)采用AVR系列的8 bit微控制器ATmega328P,它擁有32個(gè)8位通用寄存器RISC處理器內(nèi)核,主頻達(dá)20 MHz.內(nèi)部NVM包含32 k B的閃存,1 k B的EEPROM及2 k B的SRAM.其具備豐富的片上外設(shè)資源,主要包括兩個(gè)8 bit定時(shí)器,一個(gè)16 bit計(jì)數(shù)器及預(yù)分頻器,6個(gè)PWM通道,COMP、UART、ADC、I2C、SPI等接口.可以提供6種低功耗模式,省電模式下在1 MHz功耗僅1.35μW,可以保證系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定工作.系統(tǒng)利用PWM輸出調(diào)節(jié)LED光源,模擬腳位讀取光電壓后利用SPI接口與n RF24l01通信.定時(shí)器完成100個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)后進(jìn)入掉電狀態(tài),自動(dòng)化完成監(jiān)測實(shí)驗(yàn).誘發(fā)光采用LED燈條,單片機(jī)為其提供偏壓時(shí)需要在輸出管腳外接升壓(Boost)電路(圖3),將5 V轉(zhuǎn)換成12 V來驅(qū)動(dòng).Boost電路采取Linear技術(shù)公司生產(chǎn)的高功率開關(guān)穩(wěn)壓芯片LT1170.其采用3-60 V的寬工作電源電壓范圍,靜態(tài)電流低至6 m A.反激式調(diào)節(jié)模式具有全浮動(dòng)輸出.自適應(yīng)抗飽和開關(guān)驅(qū)動(dòng)以允許寬變化范圍的負(fù)載電流.能夠在所有標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)配置中運(yùn)作,包括降壓、升壓、反激式、正激式、副輸出和"Cuk"型.選取適當(dāng)元件值配置外圍電路將5 V的控制器管腳輸出升壓到接收器驅(qū)動(dòng)電壓.2.2 自動(dòng)攪拌模塊
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于fNIRS與SiPM的腦血氧檢測電路設(shè)計(jì)[J]. 吳凱,劉燕,佟寶同,邢曉曼,戴亞康. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(01)
[2]基于AVR單片機(jī)的線陣CCD智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 王彩霞. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2005(S2)
本文編號：3358999
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