活細胞濃度是與生物活體細胞的生長、代謝、生產(chǎn)力相關的重要生理參數(shù),想要觀察記錄生物活體的生長過程就必須更加細致地深入了解活細胞在生長周期中的參數(shù)變化,諸如數(shù)量、體積、濃度、電導率等。活細胞濃度和電導率測量系統(tǒng)可以幫助研究人員測量活細胞溶液的電導率,估計溶液中的活細胞濃度,觀察記錄活細胞的繁殖過程,對食品醫(yī)藥、微生物、發(fā)酵工程等領域研究應用具有重要意義。本文首先介紹了課題的研究背景,概述了課題的研究意義,介紹了國內(nèi)外活細胞濃度和電導率測量的發(fā)展歷程。在此基礎上建立了活細胞極化的物理和數(shù)學模型,通過分析現(xiàn)有測量方式的優(yōu)缺點,確定了本系統(tǒng)采用的測量結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體測量方案主要包括系統(tǒng)硬件設計、控制邏輯設計和上位機軟件設計,硬件設計部分主要包括激勵信號源的硬件組成、信號調(diào)理電路設計和采集傳輸電路設計,控制邏輯設計部分主要包括激勵信號源工作模式配置、采集傳輸邏輯設計,重點研究了以下三項關鍵技術,分別為激勵信號源中可變分壓設計和阻值劃分方法,激勵信號源掃頻、定頻工作模式的實現(xiàn)方法,調(diào)理電路中差分接收、同步解調(diào)、低通濾波、低頻增益可調(diào)放大等四級調(diào)理電路的實現(xiàn)方法。在此基礎上,通過搭建系統(tǒng)測試環(huán)境來驗證... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

ABER活細胞濃度在線分析儀Fig.1-1ABERlivecellconcentrationonlineanalyzer

中北大學學位論文3度、電導率等參數(shù)的在線檢測，檢測結(jié)果不受溶液內(nèi)部環(huán)境因素的影響，包括細胞碎片、溶液泡沫、細小顆粒等。目前生物細胞在線檢測儀有四種型號，圖1-1就是其中一種型號的檢測儀，配套的檢測傳感頭直徑有兩種，分別是12mm和25mm，長度可定制，最新的儀器還可以進行頻率自動掃描、自動清洗、高溫消毒等操作。ABER細胞在線分析儀憑借專業(yè)的技術和儀器設計經(jīng)驗，領跑生物量測量領域，不僅在生物研究中應用愈加廣泛，同時也給微生物實時測量領域帶來豐富的技術支持。法國FOGALE公司也是電容法活細胞檢測領域的佼佼者之一，主要面向生物制藥領域。如圖1-2，F(xiàn)OGALE公司生產(chǎn)的EVO200活細胞在線分析儀也是利用活細胞的介電特性，可以自由設定工作頻率和檢測培養(yǎng)周期，運行時間也可以自主設置，四個電極可以實現(xiàn)同時工作，分別連接不同直徑和長度的探頭。結(jié)合光密度法，使用配套分析軟件，可以測出細胞液的所有細胞濃度，包含死細胞，可以得出細胞比生長速率和細胞平均直徑等信息，為生產(chǎn)者提供準確的變化信息，在當前生物制藥和發(fā)酵領域具有十分重要的地位。圖1-1ABER活細胞濃度在線分析儀Fig.1-1ABERlivecellconcentrationonlineanalyzer圖1-2FOGALE生物細胞在線分析儀Fig.1-2FOGALEbiologicalcellonlineanalyzer

中北大學學位論文12圖2-5不同濃度細胞在不同頻率下的電容變化趨勢圖Fig.2-5Thevariationtrendofcapacitanceofdifferentconcentrationsofcellsatdifferentfrequencies2.2.2數(shù)學模型在0.1-10MHz的特定頻率下，研究系統(tǒng)的特性、測量電極的大小和幾何形狀、電極和系統(tǒng)的相互作用決定了兩個變量電容C和電導G的值。電容、電極和電導的相互關系可以用以下公式表示：0/rCAd（式2-4）GA/d（式2-5）其中C為電容，G為電導值，為電導率，對于平行板電極，d表示兩個平板電極之間的距離，ε0是一個常數(shù)，代表真空狀態(tài)下的介電常數(shù)，A表示的是兩個平板電極的有效面積，εr是相對介電常數(shù)，電極常數(shù)為d/A，具體數(shù)值與電極的形狀面積和電極間距相關。1957年，施旺關聯(lián)理想球形細胞溶液的電容值和細胞半徑r、單位面積膜電容Cm，得出：94mrPCACd（式2-6）其中，P由單位體積的細胞密度N和細胞體積決定，是面積為A的平行板和距離d的懸浮液中細胞的體積分數(shù)，脂質(zhì)膜單位膜面積的電容值約為0.5-1.02uF/cm，因此電

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本文編號：3419698